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超声波端角反射测试

凌礼恭

【摘要】Theend-cOrnerrefIectiOntestsystemisbuiItbasingOnZ-scan

uItrasOnicdetectOr,standardsandreferencebIOcks,asweIIasUItraVisiOn

uItrasOnicsignaIacquisitiOnandanaIysissOftware.RespectiveIy,theend-

cOrnerrefIectiOnOf45°、60°and70°UItrasOnictransducersistested.

First,aIIrefIectiOnechOsignaIaresampIedandanaIysed,andthenthe

end-cOrnerrefIectiOnechOsignaIsisisOIatedbasingOnuItrasOnic

prOpagatiOnIawandtheend-cOrnerrefIectiOnwavesmOdecOnversiOn

Iaw.ThereIativerefIectanceOftheabOvesignaIiscOmputedatIast.Test

resuItsshOwthat45°transversewavetransducerend-cOrnerrefIectiOn

cIOsetOthetOtaIrefIectiOn.ThecIutterfrOmtheend-cOrnerrefIectiOn

OfIOngitudinaIwavetransducerismOrethanthetransversewave

transducer.%利用Z-scan超声仪、标准及参考试块、UItraVisiOn超声波信号采

集和分析软件搭建超声波端角反射测试系统。分别对45°、60°、70°探头端角反射

进行了测试分析。首先对各种探头反射回波信号进行了采集和分析比对，然后基于

超声波传播定律和端角反射波型转换规律从中分离出端角反射信号并计算该信号的

相对反射率。测试结果表明，45°横波探头端角反射接近全反射。纵波探头端角反

射信号中杂波多于横波。

【期刊名称】《计量学报》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】4页(P618-621)

【关键词】计量学;超声波;端角反射;波型转换;相对反射率

【作者】凌礼恭

【作者单位】环境保护部核与辐射安全中心，北京100088

【正文语种】中文

【中图分类】TB95

超声波在两个平面构成的直角内的反射叫做端角反射。端角反射的产生可以归为两

类，一类由于结构直角部位产生的端角反射，例如板材边缘等；另一类由于焊缝根

部缺欠产生的端角反射，例如根部未焊透、未熔合、与母材表面垂直的根部裂纹、

错边等。由于超声波的物理特性以及端角的几何特征，使得超声波的端角反射会发

生波形转换。理论分析表明，波形转换将会严重影响端角反射率的大小。对超声波

端角反射的测试有助于从实验层面分析端角反射，并为超声探伤过程中探头的选择

和缺陷信号的分析提供指导［1，2］。

试验采用ZETEC公司Z-scan16通道超声仪，超声波数据采集与分析软件版本为

UltraVision3.3，试块为ⅠA标准试块以及加工有圆弧半径分别为100mm、50

mm、30mm、15mm的低碳钢参考试块，耦合剂为CG-08（核工业级）。所

使用探头及参数如表1所示。

测量系统示意图如图1所示。

由于端角的几何特性，当超声波声束打在端角上时，波型转换会使得接收到的回波

信号出现杂波难以分辨。在试验过程中截取不同角度探头端角反射A扫图，作为

本文的波形解析对象。

3.1端角反射的波型转换

下面分纵波入射和横波入射来讨论端角反射时的波型转换，以钢、空气界面为例进

行说明。由于钢、空气界面两侧声阻抗差别较大，下文分析均不考虑界面处波的折

射。钢中纵波声速CL＝5900m／s，钢中横波声速CS＝3230m／s。

在不考虑波型转换的情况下，反射回波与入射波相互平行，如图2、图3中实线所

示，图中Pa为理论上回波声压、P0为入射波声压，L表示纵波，S表示横波。

3.1.1横波端角反射波型转换

根据反