0 序言
furulong 先生在一则评论中说:“在学习TOFD技术的时候,有提到空间分辨力的概念,一般要求直通波与底波的时间差至少满足20个周期,…TOFD检测薄板时很难满足20个周期的要求,…。 ”
此外,在远东网“BBS.高新技术”部分,有个帖子,内容如下:
有人说:TOFD技术,一般要求直通波与底波的时间差至少满足20个周期 。
请问:JB4730.10表1推荐性选择参数,对T=12mm的钢工件而言,可以满足上述要求么?
首先,我认为: furulong 先生提到的“一般要求直通波与底波的时间差至少满足20个周期 ”,虽未见于什么标准,但也决不是“空穴来风”,而且,从提高深度分辨力来说,这一观点并不错误;然而,TOFD检测,还有需要大扩散声束的要求,希望波长λ与晶片直径D之比,即λ/D,应稍大一些,标称频率又不可太高。JB/T4730.10表1,是兼顾了深度分辨力和大的扩散声束这两方面要求,而做出的规定。根据我个人的推算,在声束(折射)角度α=600时,选择JB/T4730.10表1对应板厚的最高频率f,基本上满足直通波与底波的时间差为20个周期的要求(详见本文表1) ;但在声束角度为70度,或不使用JB/T4730.10表1推荐的最高频率,就达不到20个周期的要求了。因此,我认为"至少20个周期"的要求,有些片面性。
为了表明我的观点,写了这篇浅显短文。如有不当,请指正。
1 理解方法
理解“直通波与底波的时间差至少满足20个周期”这一提法,最便捷的方法是: 将时间周期差,转换成空间周期(波长)差,即将时间差至少20个周期,转换成空间声程差△至少20个波长。设底波声程为2L,直通波声程为2S,则下式成立:
△=2L-2S≥20λ
△/λ≥20
反之,也可用声程差与波长的比值,来推算JB/T4730.10表1相关参数决定的底波与直通波时间差,是多少个周期。
2 相关公式
2.1 几何关系
当声束(折射)角度α=600时,工件厚度T与S的关系是
S=(2/3).T.tgα=(2/3).T.tg600=1.155T
当声束(折射)角度α=700时,工件厚度T与S的关系是
S=(2/3).T.tgα=(2/3).T.tg700=1.83T
L与S和T的关系是:
L=(T2+S2)1/2
2.2 波长计算公式
钢中纵波速度C以6mm/μs,频率以xMHz表示时,f=x/μs,
λ=6mm/x
3 按JB/T4730.10表1推荐参数进行相关计算的结果
见下列表1和表2。
表1 不同钢件厚度底波与直通波声程差△,以及△/λ
(声束轴线折射角度α=600,钢,△=2L-2S)
T(mm) 2S(mm) 2L(mm) △(mm) f(MHz) λ(mm) △/λ
12 28 37 9 15 0.4 22.5
15 35 46 11 10 0.6 18.3
35 81 107 26 5 1.2 21.7
备注:表中f是JB/T4730.10表1对应板厚的最高频率,下表同。
表2 不同钢件厚度底波与直通波声程差△,以及△/λ
(声束轴线折射角度α=700,钢,△=2L-2S)
T(mm) 2S(mm) 2L(mm) △(mm) f(MHz) λ(mm) △/λ
12 44 50 6 15 0.4 15
15 55 62 7 10 0.6 11.7
35 128 146 18 5 1.2 15
4 结论
1)按JB/T4730.10表1,选择相应板厚的最高频率,声束轴线折射角度α=600时,对T=12--35mm的钢板件而言,直通波与底波的时间差基本能满足不小于20个周期的要求; 声束轴线折射角度α=700时,对T=12---35mm的钢板件而言,直通波与底波的时间差大约在15个周期左右。
2)从表1和表2计算结果来看,按JB/T4730.10表1推荐参数,T=15mm时,△/λ值最小。这是标准规定参数出现的偶然性。
3)以上两个表,计算结果是根据JB/T4730.10表1推荐的最高频率。通常,在推荐频率范围内,不一定会选最高频率,因此,综合考虑后认为:JB/T4730.10表1推荐参数决定的直通波与底波的时间间隔,大约在10--20个周期内。
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