1、ICS 19.100 J 04 中华人民无损检测主t_，、5 和国国家标准G/T 23900-2009 材料超声速度测量方法Non -destructive testing-Practice for measuring ultrasonic velocity in materials 2009-05-26发布中华人民共和国国家质量监督检验检班总局中国国家标准化管理委员会2009-12-01实施发布GB/T 23900-2009 目次前言.皿1 范围-2 规范性引用文件-3 术语和定义4 概述.5 设备-6 测量规程-7 报告.附录A(资料性附录)材料超声速度测量的其他重要技术附录B(资料性附录
2、工程材料中的声速.14附录c(资料性附录水中超声速度随温度的变化.I 前言本标准修改采用ASTME494-05(材料超声速度测量方法机英文版。本标准根据ASTME494-05重新起草。GB/T 23900-2009 考虑到我国国情，在采用ASTME494-05时，本标准做了一些修改。有关技术性差异如下:将规范性引用文件改为我国标准;一一-删除ASTME494-05的第5章z一一删除ASTME494-05的第9章;一一删除ASTME494-05的资料性附录X1.为便于使用，本标准还做了下列编辑性修改:一-本方法一词改为本标准气一一在第2章中插入GBjT1. 1-2000规定的引导语;按GBjT1
3、. 1-2000规定的格式要求，对附录和部分章条重新做了编号。本标准的附录A、附录B和附录C为资料性附录。本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SACjTC56)提出并归口。本标准起草单位z中国特种设备检测研究院。本标准主要起草人:沈功田、吴彦。因GB/T 23900-2009 无损检测材料超声速度测量方法1 范围本标准规定了用A型脉冲反射式超声探伤设备测量材料中超声速度的方法。本标准描述的是一种采用超声速度已知的参考材料(试块)，通过比较的方法来测量被测材料中的超声速度。本标准适用于厚度大于或等于5mm的固体材料，且与超声波能量传播方向垂直的两个表面之间的平行度在土3。之间，以及与超声探头藕
4、合的表面粗糙度优于3.2m。用其他专门研制的超声仪器、辅助设备和专项技术可获得更精确的结果。附录A中列出:r.!J靠超声波速度的其他一些方法。-_. 俨0的修单(不包括勘误的内容或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/ T 12604. 1 元损检测术语超声检测(GB/T12604. 1一2005，150 5577: 2000 , Non -destructive testing-Ultrasonic inspection-Vocabulary, IDT) JB/T 9214 A型脉冲反
5、射式超声探伤系统工作性能测试方法3 术语和定义GB/T 12604. 1确立的术语和定义适用于本标准。4 概述在固体中能够传播几个可能的振动模式。本标准涉及到两种传播速度，即纵波的速度(VI)和横波的速度旬.)。当试样在与波束垂直方向上的几何尺寸远大于波束面积和波长时，纵波速度不受试样几何形状的影响。横波的传播速度基本上不受试样几何尺寸的影响。本标准涉及的方法，仅适用于常规脉冲反射式超声探伤设备。5 设备5. 1 测试仪器任何超声仪器都是由时基线、发射(脉冲装置、接受装置(回波放大器以及A扫描显示电路组成的，能产生、接受并显示超声波电信号.仪器应能沿A扫描时基线以土0.5mm的精度读出Ak，A
6、I、儿、A.C其定义见6.1.5和6.2.5)等几个位置。为了获得最佳的精度，宜采用尽可能高的频率，并至少能够显示2次，最好是5次清晰反射的回波。5.2 探头用于接触法检测的探头，应能产生并接收适当大小、类型和频率的超声波。直接接触纵波模式用来测量纵波速度，直接接触横波模式用来测量横波速度。1 GB/T 23900-2009 5.3 藕合剂对于纵波速度测量，藕合剂应使用洁净的轻质油等材料:对于横波速度测量，应该采用树脂或固体粘结剂等高带性的材料。对某些材料使用类聚丁烯、蜂蜜或其他高薪弹性的材料更有效。大多数液体中不能传播横波。对多孔渗水的材料，要求采用特殊的非液态藕合剂。藕合剂不得对材料本身有
7、害。5.4 试块5.4. 1 声速试块:能被声波穿透，且有适当的表面粗糙度、形状、厚度和平行面的，以及已知超声波速度的任何材料。试块的声速宜由其他一些更高精度的技术或与已知水的声速(参见A.5、附录B和附录。相比较来确定。试块宜与被测材料具有相似的衰减系数。5.4.2 水平线性测试，见JB/T9214 0 6 混i量规程6. 1 纵波速度6. 1. 1 通过比较纵波在被测材料与在已知声速(Vk)的试块中的传播时间，来测量纵波速度(Vl)。6. 1. 2 在每个试样(试块和被测材料上各选择两个平行表面，测量其厚度，精度高于土0.02mm或0.1%。6. 1. 3 在每个试样上用探头测得一个信号模
8、式(见图口，在可清晰分辨的条件下，尽可能使反射回波数多。两次测量的时基线(扫描线控制)必须设置成相同。圄1始波脉冲和7个反射回波6. 1. 4 用刻度尺或卡尺分别测量试块和被测材料上第一个反射回波前沿和最后一个可清晰识别的反射回波前沿之间的时基线距离。为了获得更高的精度，可在第一个反射回波的前沿位置固定之后，调节放大器使最后一个反射回波与第一个反射回波的高度一致。这样能测量到更精确的时间或距离。随后再确定最后一个反射回波前沿的位置。在任意两个反射回波之间，信号传播声程为2倍的试样厚度。信号传播通过试样并返回到入射点称为一次完整路径。在图1中回波1和回波7之间信号通过了6次完整路径。计算在两个试
9、样上从第一个反射回波到最后一个反射回波之间通过的完整路径次数。这个数字比反射回波的数目少1。注意每次测量到的试样厚度、完整路径次数和从第一个到最后一个回波之间的距离不必相同。6. 1. 5 按下式计算被测材料的声速值z2 Vl = (Aknltlvk)/(Alnktk) .( 1 ) 式中:Ak一一沿A扫描显示的时基线测量到试块从第一个到第N个反射回波之间的距离，单位为米(m); 叭一一被测材料中完整路径的次数;GB/T 23900-2009 t 被测材料的厚度，单位为米(m); Vk一一一试块中的声速，单位为米每秒(m/s); A一一沿A扫描显示的时基线测量到被测材料从第一个到第N个反射回波
10、之间的距离，单位为米(m);nk-一一试块中完整路径的次数;tk一一试块的厚度，单位为米(m)。注z只要系统保持一致，在测量中采用什么单位并不重要，6.2 横波速度6.2.1 通过比较横波在已知声速(Vt)的试块和被测材料中的传播时间，来测量横波速度(V，)。6.2.2 在每个试样(试块和被测材料)上各选择两个平行表面，测量其厚度，精度高于土0.02mm或0.1%。6.2.3 在每个试样上用探头测得一个信号模式(见圈1)，在可清晰分辨的条件下，尽可能使反射回波数多。两次测量的时基线扫描线控制必须设置相同。6.2.4 用刻度尺或卡尺分别测量试块和被测材料上第一个反射回波前沿和最后一个可清晰识别的
11、反射回波前沿之间的时基线距离。为了获得更高的精度，可在第一个反射回波的前沿位置固定之后，调节放大器使最后一个反射回波与第一个反射回波高度一致。这样能测量到更精确的时间或距离。这增加了衰减信号中的高频成分。随后再确定最后一个反射回波前沿的位置。计算在两个试样上从第一个反射回波到最后一个反射回波之间通过的完整路径次数。这个数字比回波数目少1。注意每次测量到的试样厚度、完整路径次数和从第一个到最后一个反射回波之间的距离不必相同。6.2.5 按下式计算被测材料的声速值zV. = (Atn ,t.vt)/(A.nttt) ( 2 ) 式中zAt -沿A扫描显示的时基线测量到试块从第一个到第N个反射回波之
12、间的距离，单位为米(m);n一一被测材料中完整路径的次数;ts一一被测材料的厚度，单位为米(m); Vt 试块中的横波速度，单位为米每秒(m/s); As -沿A扫描显示的时基线测量到被测材料从第一个到第N个反射回波之间的距离，单位为米(m); nt一一-试块中完整路径的次数;tt一一试块的厚度，单位为米(m)。7 报告声速测量报告中宜包括如下数据。a) 纵波zAk= m; n=一一一一一_;t= m; Vk= m/s; A= m; n k = -一_;tk= m; V用公式(1)J=m/s。b) 横波z3 GB/T 23900-2009 At=一一一m;n= . -阳-人=一一一一-一一m;
13、Vt=一一一一_m/sA.=一一一m;nt=甲-一一-;tt= m; V.用公式(2)J=一一一一_m/s。水平线性。测量频率。藕合剂。探头:频率;尺寸;形状;类型;序列号。试块几何尺寸。仪器:名称:型号;序列号;相关控制设置。c) d) e) 、，/飞，r飞，、j-i。LndA哇f) 5) g) h) 1) 2) 3) 4) 4 GB/T 23900-2009 附录A(资料性附录)材料超声速度测量的其他重要技术A.1 引言A. 1. 1 一些技术可以用来精确测量材料中的超声速度。这些技术大多需要用到专门研制或辅助性的仪器设备。A. 1. 2 能自动测量声速或时间间隔或同时测量两者的仪器都可以
14、买到。原本为其他测量而设计的仪器(如厚度计量器也可用于声速测量。A. 1.3 已经引入了各种方法来解决对试块中波形的时间间隔或数目进行精确测量的问题。本附录不可能涵括所有这些技术。本附录对拥有更精密的仪器或能得到辅助仪器及希望得到更精确结果的情况来说是有用的。A. 1.4 本附录将包括一些只适合在实验室中使用的技术。只有在诸如实验室中才能达到的严格控制的条件下才能得到最精确的结果。测量过程可能会很缓慢且需要精心准备的试块。A.2 专门搭建的超声设备这类超声设备可提供更精确的超声波传播随时间变化的测量。A.3 精密示波器辅助的精密阴极射线示波器能用来观察回波模式。使用精密示波器的标准水平显示能测
15、量出连续多次反射回夜之间的传播时间。再接下式计算速度:速度(m/s)= 2厚度(m)/时间(s).( A.1 ) A.4 电子时间标记A.4.1 在基本的仪器显示器上可以用一个附件来为一个步骤显示一个或更多视频标记。这通常添加在标准回波模式上。标记可用标准控制器来移动。控制器可直接按s读出时间。A.4.2 在显示器上首先将第一个步骤与第一个反射回波相匹配，然后，如果有的话，将第二个标记与第二个反射回波相匹配。基于这两个标记的控制器读数，就能确定穿过试块一次完整路径所用的时间计算公式见公式CA.l)。A.5 超声干涉计(速度比较仪A.5.1 对超声速度的测量可由比较脉冲在试块和在对比试块中传播路
16、径的传播时间算出。液体(例如水)中的超声速度是已知的，因此试块中的声速能以大约0.1%的精度确定。A.5.2 实际上，试块中的反射回波与干涉计传播路径中传来的转变到干涉点上获得的反射回波是一致的。试块和干涉计液体中的超声速度与它们的长度成比例，且这两个量都必须精确测量。A.5.3 一个常规探头用夹子夹在一个开放式水槽中的一侧，探头频率应满足试块的要求，衰减部分必须插入到干涉计探头和电缆之间，它可不受其他测试条件的影响而改变干捞计的回波高度。A.5.4 一个反射器浸人盛装液体的水槽中，并安装在一个可调节的机械上以使之不倾斜。该机械装置能够不接触的迅速来回运动囚通过一个轴可以作很好的调节。轴转动一
17、整圈可使运动路径改变1 mmo轴杆上的一格细分刻度代表0.01mm。5 GB/T 23900-2009 A.5.5 水槽中必须充满超声速度已知的液体。如在20c下，水的超声速度=1483.1m/s。温度系数是V/t=+2.5m/(s. C)。在水的情况下，对温度的检查是完全必要的(参见附录。A.5.6 也可以使用混合液体，例如，水和酒精(18%的质量百分比)的混合物，在室温下的温度系数是零。A.5.7 接下式计算速度z速度水(m/s)X厚度x(m)速度x(m/s)= 革距离水中(m).( A.2 ) A.6 穿过混凝土的脉冲速度A. 6.1 脉冲发生器以不小于每秒50次的速率产生10kHz50
18、 kHz的重复脉冲。A.6.2 将探头表面通过捐合介质按压在混凝土表面上。用水、油或其他蒙古性材料将混凝土湿润，可将探头撮动膜与混凝土接触表面之间的空气除掉。通过排列闸门标识脉冲对应的接收波前，读标准化刻度盘或者计算传播和接收脉冲之间的计数波形周期数，可以测量出振动膜中心之间最短的直线路径长度和在A扫描显示器上的传播时间。A.7 脉冲回波双晶探头方法A. 7.1 本方法使用的单探头包含两部分:一部分做发射器，另一部分做接收器。A.7.2 既然超声速度测量主要是对基于试块厚度的时间的测量，且大多数厚度测量仪器用本方法成功地以高精度测量厚度，将这种速度测量方法引人实践是适当的。注:用双晶探头方法，
19、脉冲回波的传播时间是试块厚度的非线性函数，当此技术应用于速度测量时可能引起重大的误差.速度测量的误差可以用一个与被测试块声速和厚度相近的参考试块来消除。单探头系统通常更适合对速度进行精密测量。A.7.3 推荐使用任何采用双晶探头方法且有标准化刻度的厚度测量仪，包括A扫描显示单元和仪表读出器单元。对于A扫描显示单元而言，因为刻度刻在显示器的内表面或对输出信号进行积分，视差问题就被解决了。对于仪表读出器单元或数字式读出单元而言，视差不是主要的问题。A.7.4 大多数双晶探头厚度测量仪器利用第一个反射回波来进行读出的测量。因此测试范围通常是固定的并很好地标准化了。不必产生几个反射回波来求取平均传播时
20、间。A.7.5 因为第一个反射回波比后面任一个反射回波，如从显像管一端开始的第五个回波，更具有深度或时间上的代表性，所以具有弯曲表面的试块在测量上出现问题更少。在小直径管材中的误差可能比相当的平直试块更大。A.7.6 步骤A. 7. 6.1 在一个已知声速的钢制阶梯试块上校准仪器和探头。通过调节扫描延迟和范围控制，确保两个或更多的厚度(高和低)读数出现在正确的距离上(图A.1)。6 F . 、 A e i L一_)1铝制对比试块v1=6393m/s 黄铜#1-6飞a-6Avl b-4酌1C-5SVl d-3Av, e-2B飞f-3Sv, 图A.l避免因视差引起误差进行的仪器设置GB/T 239
21、00-2009 A.7.6.2 实际厚度。不改变仪器的扫描和范围控制测量未知速度试块的厚度。用卡尺或千分尺测量被测区域的A.7.6.3 按下式计算未知速度:式中zV一一未知速度。A.8 语波法零值法)V - Vi! X实际厚度.一啊八测量厚度.( A.3 ) A. 8.1 当只有几个回波能被利用时，用超声回波仪器测量壁厚将变得不准确，因为存在高吸收、腐蚀或不适宜的放射性几何结构。在这些情况下，可以将壁厚测量仪调到回波频率的谐波上(谐波法)来提高测量结果的精度。A.8.2 到目前为止，干涉计方法已经用于精密测量声传播。在那些对最终精度不作高要求的场合下谐波法可代替复杂且费时的干涉法。在常规条件下
22、，用所谓的零值法能获得0.5%或更高的精度。A.8.3 改进的方法利用了从探头发射经一长缓冲器杆后，进入有几个波长厚的试样的发射频率(rf)脉冲。缓冲器杆要足够长以便容纳整个rf脉冲，而脉冲也要足够长来占据试块中的三个循环行程。脉冲在试块里反射时会产生自干涉。当试块中的循环行程等于半波长的奇数倍时，会产生一个特征回波模式;偶数倍时则产生另一个模式。当rf频率变化时这两种模式会交替转变。相位与以MHz为单位的周期频率相对应。一种特征模式重复一次时，相位变化一个周期;两种模式之间是1/2相位周期。对应于频率的相位倒数是以s为单位的延迟时间t，对于厚度为L的试块，速度为zV = 2L/t .( A.
23、4) A.9 相位比较法A.9.1 该方法是插入由不同循环行程数目组成的两个脉冲回波。如果用精确调整频率来严格控制回GB/T 23900-2009 波相位，相位角的表达式可以写成z式中zt广一传播速度;W一一共振频率(fn)的2倍;L一一厚度;n一-波数;Y一(2LWn)/v=-2n Y 因为在探头和试块之间密封产生的相位角。因此，速度表示为=.( A.5 ) v = (2Lfn)/n + (Y/2).( A.6 ) A.9.2 实验证明，只要试块厚度至少为超声波长的100倍，尺寸和形状的影响可以有效地减小到零。通常用高频(10MHz20 MHz)来使这种影响最小化。A.9.3 相位比较法的主
24、要优点是绝对速度可以不受藕合误差的影响以非常高的精度确定，因为探头的藕合影响可以评价出来。该方法同样使得在线性尺度小至2mm的小试块上测量声速成为可能。A.10 脉冲重叠法A. 10. 1 该方法将rf脉冲以近似等于波在试块中传播的循环行程延迟时间的间隔应用于探头。为了观察刚好在最后一个应用脉冲后叠加的回波，需要周期性地忽略几个应用脉冲。当国波开始按信号之间的时间间隔T进行相位调节时，结果脉冲出现最大振幅。在此条件下，下列等式是成立的:8 = (T/)一(L/f)m/p一(/2).( A.7 ) 式中: 循环行程延迟时间pf一一脉冲的rf频率zm一甲一一-二-一一与在探头端面上反射的波关联的相
25、位角zp一一一个整数(1，2，3扣.。既然T近似等于循环行程延迟时间的倍数，对于p=l，应用脉冲对每个循环行程延迟出现一次。通常，在不同的探头共振频率f和0.9fr之间对T多次测量用来获得在fr和另一个频率f之间T的差异。对应于n=O，t:l，T的负值有最小的量级;除非试块有非常低的机械独立性，延迟时间由8=T+(Y/2f)给出。试块中的声速是v=2L/8，其中L为试块的长度。A. 10.2 这种特殊方法的优点在于探头的藕合可以考虑进去，所以本方法可以很好地适用于在压力和温度变化的场合下进行测量。用该方法，探头和试块之间的藕合影响可忽略不计。理想条件下，这种方法的精度在10-5之内，而A.9的
26、相位比较法则在10-4之内。按这种方法，可以向试块发送强信号，所以甚至当衰减非常高时，也能进行速度测量。A. 10.3 这两种技术的局限性除材料的多孔性外，预计还依赖于其他各种因素，例如晶粒大小和品粒边界状况。A.11 脉冲回波交迭相速度法在本方法中，成对的回波在观测示波器上以等于两个回波之间传播时间倒数的频率驱动z轴来进行比较。按A.10中的t:l，T法，在回波之间选择适当循环交迭的rf，就能对超声相速度进行精确测量。修正因超声衍射产生的相位超前，并应用于各种不同的回波对之间的传播时间，可提高平均循环行程传播时间的精度。延迟时间可精确到0.2ns甚至更高，在某些情况下可能低到5/1060对弥
27、散性材料，交迭经检波的高斯包络(铃曲面形rf脉冲，具有窄带宽可获得群延迟，由此，可测量出群速度。对非弥散a 甲、. GB/T 23900-2009 性材料(大部分固体)，可用宽带数字脉冲来代替rf脉冲。A. 12 声共振法A. 12. 1 动态声共振法，已发展成被认为是一种获得固体声速和弹性常量的标准方法。固体弯曲的、横断的和扭转的共振频率如己确定，从这些数值可计算出声速。A. 12.2 该方法的优点是在不丧失高精度的情况下割量便捷简单。用该方法可确定典型多孔渗水性聚合化合物的弹性模量。A. 12.3 该方法的缺点仅仅在于被测试块的尺寸局限性。当长度小于76mm时，高弹性模量材料的扭转基本共振
28、频率会超过40kHz，这要求采用特殊的仪器和试验技术以获得精确的结果。而且，所有三维(长度、宽度、厚度)在共振频率下的弹性模量计算中都要严格引用。从实用的角度看，要制作具有一致横截面尺寸的小试块相当困难。A. 12.4 另一个要考虑的问题是在方程式中与共振频率下弹性模量相关的形状修正因子。对于矩形试块，建议长度对横截面任一维度的比率不应小于3: 1。当要求精度值在0.1%以内时，这个比率最好不小于6: 1。因此，很难确定大件试块的弹性模量。A. 12.5 声共振技术可在温度高达3000 C时进行测量。A.13 瞬间接触压力辑合技术由Carncvale和Lynnworth发明的瞬间接触压力藕合技
29、术可测量从室温到超过2000 C的纵波和切变波的速度。该技术通过瞬间压力藕合穿过试块的1MHz的纵波和切变波脉冲并测量其传播时间(如果衰减己确定，也可以测量振幅。对纵波和切变波速度的测量精度约为1%。试块是一个直径至少为5个波长且长度为几厘米的圆柱体。尺寸要求能轻易满足。因此，试块的制备和模具定型相对简单。瞬间接触法同样能用于测量管材的厚度、钢坯管中心线上的缺陷、高温下典型的为1000 C)材料的内部温度和其他特性。A.14 开槽杆和阶梯线技术A. 14. 1 该技术可应用于典型的如直径1cm-3 cm、长几厘米的大试块，或直径小于等于3mm、长几厘米的小试块。从室温到感兴趣的最高温度都可以对
30、试块做典型测试。A. 14.2 除非直径更小，大试块可视为一个延长的缓冲杆。直径的变化产生了第一个回波。自由端产生第二个回波。如果有适当的几何结构，纵波能在试块中发生部分模式转换，产生纵波和切变波，由此可以确定模量和泊松系数。通常热环境或在正常测试频率(近似1MHz-10 MHz)下缓冲器中的衰减会强加给缓冲器更高的温度限制。A. 14.3 小试块也可能是一个延长的引入线缓冲器，但对各种不同的试块通常使用一个给定的缓冲器(倒如直径1mm、长1m的鸽线。该技术对于长度小于1cm、直径远小于1mm的纤维状和细丝状材料尤其方便。使用Joule-Wiedemann磁性探头，能发射中心频率近似为0.1M
31、Hz的延伸和扭转脉冲并同时在缓冲器上不发生模式转换地进行非发散性传播。但由于它们的速度不同，在到达试块前，这些模式会清晰地分离。因此可以容易地确定速度、杨氏模量及剪切模量和泊松系数。在高温下，小缓冲器仅产生很少的一些热损耗。试块本身则迅速上升到熔炉的温度。在某些情况下，在循环条件和难熔金属线的熔点下，试块自身的电致发热可用来确定声速。A.15 连续波(CW)相敏技术A. 15. 1 基于CW的测量试块相位的系统由一个自锁放大器、一个输入探头和一个输出探头组成，它们的排列使被能传播通过试块。放大器包括一个为输入探头提供CW的频率源。当频率变化时，锁相放大器的相位计对每180。相位改变记录零(清零
32、)。因此每隔一个过零点就是相位的一个周期。相位GB/T 23900-2009 周期图对应于以MHz为单位的频率。该曲线的斜率是以s为单位的群延迟时间tg，由下式可以得到群速度:Vg = L/tg ( A.8 ) A. 15.2 用此系统研究的理想试块是沿厚度方向进行测量的无边界金属板，或沿长度方向进行测量的细金属线直径为d)。在第一种情况下，侧壁效应不存在。在第二种情况下，侧壁效应仅产生第一个纵波模式，而且只要比d大得多，它就是非发散性的。外形比接近一致(如立方体，其比率就完全一致的试块，结构中模式的多样性会造成材料参数的模糊。因此只能做定性的测量。但是也可以在同样形状和尺寸的试块上做对比性测
33、量。A. 15.3 该方法对高衰减试块非常有用，因为它的回波观察不到，即对一种材料的试块，传播穿过一次会衰减20dB甚至更大。因此相位随频率单调变化，此时读数是明确的。发散性和非发散性材料都能被测试。非发散性材料的tg不随频率变动(即相对于频率变化的曲线的是一条直线)，因而群速度就等于相速度。A.16 测量材料声速的其他替代方法A. 16. 1 本标准中的这种替代方法被视为一种有效的测量材料超声速度的方法，但需作如下规定za) 消除因视差带来的误差;b) 使因不规范的扫查线性带来的误差最小化;。对所有测量都使用一种模式速度作为对比试块的已知速度。A. 16.2 速度是单位时间传播通过的距离，所
34、以时间(作为水平位移显示在超声脉冲回波仪器的显示屏上)等于距离除以速度。接下式距离除以速度，用纵波速度(Vt)已知、厚度为T(超声波传播距离或长度L)的试块材料中的多次反射来校准时间zL./Vt =时间( A. 9 ) 在另一厚度t可被测得的材料上设置相同的时间，可不用时间做参考，用距离和速度的比值来测量速度:L./Vt = Lm/vx或Vx/Vt= Lm/Lu ( A. 10 ) 既然这些都是比值，只要保持两个速度和两个长度是同样的单位，等式就可以简化成:Vx = VtLm/Lu 式中:Vx一一被测试样中的速度(探头用于被测试样时是纵波或切变波速度hVt 对比试块中的已知纵波速度(直束纵波探
35、头所用标准时间); Lm一一通过被测试样物理路径的测量长度;Lu -同样时间路径下超声波通过对比试块的长度。重新设置等式的常规术语，速度为zVx = vtnt/(NT +读数)J式中zn 被测试样发射回波的数目pt一一被测试样的厚度;N一一在n个反射回波之前的标准反射回波数目pT一一从第N个显示到第n个显示之间的以直接标准化距离单位表示的对比试块厚度。此测量可按下列步骤进行。.(A.ll) .( A. 12 ) A. 16.2. 1 用精度为士0.0025mm的千分尺或卡尺测量对比试块的厚度T和被测试块的厚度t。A.16.2.2 在有刻度的比例尺如钢制直角比例尺的小刻度(如1mm的分割线上用铅
36、笔芯磨擦一下。再用透明胶带从比例尺上把标准刻度提取出来。把复制的刻度带粘贴到如图A.l所示的仪器显示器屏幕的外罩上(使两个刻度重合起来以消除因比例尺的刻度显示和眼睛未对准引起的读数误差)。10 GB/T 23900-2009 A. 16.2.3 把一直束探头连接到仪器上，探头的波模式决定了能测量哪种速度。例如，一个切割的石英，它的主要运动是平行于接触表面的面移动，它将产生一个直束切变波。用油或甘油(其他液体，如聚丁烯等，能对测量切变波提供更好的藕合)将探头藕合到被测试块上。用拟制限幅、门槛)控制调节来产生最大的振幅，调节仪器控制使产生最多数目的清晰反射回波。测量应在不少于2个反射回波上进行，但
37、也不需多于10个反射回波。5个反射回波就能为速度测量提供很高的精度。如果扫查被调节到如图A.2所示的屏幕上方，用油脂笔在第个显示的左边把扫查线标记为黑色。被测试块对比试块已知纵波声速)图A.2仪器读数设置A. 16.2.4 读出始脉冲和油脂笔标记之间反射回波的数目(N)。将第N个反射回波延迟到使其左边在比例尺上第一个整数刻度标记的位置上。扫描控制将第N十1个反射回波的左边调节到离第N个反射回波的距离等于标准试样厚度(T)的位置延迟和扫描必须反复调节23次使第N个回波的位置在比例尺的第一个偶数刻度标记上且第N个和第N+l个反射回波之间在比例尺上的间距等于T)。用油脂笔在屏幕上标记N和N十1的振幅
38、并用一条直线连接这两点。A. 16.2.5 将探头藕合到被测试块上。调节灵敏度(增益将反射回波n的振幅设置到N和N+1振幅连线上。读出从第一个偶数刻度标记到位于n反射回波左边的扫描线点之间的距离，这就是读数。11 GB/T 23900-2009 A.17 透射传播，脉冲回波法A. 17. 1 透射传播技术适于试块表面不是理想的平面、平行及高衰减材料的情况。这种技术使用多于一个的探头，且不要求反射回披在一条线性时间轴上。A. 17.2 在透射传播方法中，如果能接收到从发射探头传来的脉冲，那么如果可以确定厚度就可以进行速度测量。A. 17.3 增加一个示波器，能获得更精确的时间读数。示波器可以观察
39、输出脉冲，这些输出脉冲是能用作对脉冲在时间轴上进行定位的参考点脉冲中的扩展rf成分，时间轴已按参考标准进行适当的标准化了。A.18 不依赖于厚度的速度计方法A. 18. 1 大多数超声速度计方法都基于下列形式的方程式=V = x/t ( A. 13 ) 式中zt广一速度;z一一超声行程长度(fP，对透射传播，x=厚度，或对脉冲回波，x=两倍厚度); t 传播时间。不同于这些方法，有其他一些方法无须知道z就能测量u。因此，当确定z不方便时，例如，当只有一个表面能到达时，这些方法就很适用。A. 18.2 临界角反射率法这种方法基于Snell法则。它涉及到对几个临界角中一个的测量，波型(纵波、切变波
40、、瑞利波等)依赖于临界角。要测量的声速表示为町，Snell法则以在声速V已知的临界介质(通常为水)中初始入射角。c的形式给出Vz如下zVz = Vl / sin8c .( A. 14 ) A. 18.3 微分行程和微分角度法A.18.3.1 本方法同样基于Snell法则，在不方便测量z或lc的情况下可考虑使用该方法。对两个不同的人射角应用两次Snell法则，将入射角表示为风a和缸。考察在介质2中类似模式的两条折射线，它们将以折射角也和02b沿不同的路径传播。在介质2中分别传播时间tp和tq(tp和tq是单程传播时间后将发生折射。将介质l中的声速表示为叫，如果定义A=Ccsin81a/v和B=C
41、csinOlb/叫，对于各向同性介质，可表示为zV. = 1_.1一(tp/tq)22 - ,y B2 _ A2 (tp/tq)2 .( A. 15 ) 作为一种特殊的简化情况，令此=o(垂直人射)。那么A=0，且zV2二O/B);1一(tp/tq)2.( A. 16 ) A.18.3.2 实际的困难来自直接测量tq0理论上可通过记录用回波对激光光束进行调制的时间来确定儿，其中激光实际上对试块的至少一个表面进行监控。当然，这只限制在透光的模块和/或试块上使用，且是一种相对复杂的测量。A.18.3.3 原则上，同样可用在垂直入射情况下测得的传播时间tp和沿一对对称的发射-接收模形探头之间试块表面
42、的距离2W来确定叫，这时探头之间的距离被调整到有最大的回波振幅出现。可以表示为:12 V JUf-uisin201b tpsird1b 如果模块的也=450，上式可简化为:. ( A. 17 ) GB/T 23900-2009 V W d百-v tp ( A. 18 ) 对于一个特殊的模块速度叫和测得的W和tp未知速度V2可以用迭代计算来估算，或对表人1中给出的表格用插值法求得。这种方法的精度通常比简单的速度计方法要高。它依赖于Vj和V2的相对值及入射角。误差主要来源于对W测量的不确定性。表A.1对于45。入射角的W/tp计算筐 W /tp/ V2/ (m/s) (m/s) V1 =2500
43、m/s V1 =5000 m/s V1 =7500 m/s V1 =10 000 rn/s 。1 000 0.295 0.143 0.0947 0.070 9 2000 1. 37 0.59 0.384 0.286 3000 4.81 O. 764 0.885 0.651 4000 2.74 1. 63 1. 18 5000 5.00 2.67 1. 89 6000 9.62 4. 12 2.81 7000 49.00 6.15 3.99 8000 9.19 5.49 9000 14.43 7.43 10000 28.3 10.00 A. 18.4 反射系数法在本方法中，V2是由声压反射系数R
44、推导出来的。在垂直入射的情况下可在已知特征阻抗为Zj的第一种介质(液体或固体)和第二种介质之间的界面上测出R。即对从介质1中传播到介质2上的波，测量R=-E藕合/E自由，其中E分别是当两种介质藕合和不藕合情况下观察到的反射回波振幅。如果介质2的密度P2己知或可测出，则速度V2可由下式确定zV2 = (Zj/P2) (1 +R)/(l -R) .(A. 19) A. 18.5 速度比值法在某些情况下，确定通过同样路径的两种速度的比值是有用的。当路径的长度z已知时，这常常比仅确定一个速度更容易做到。纵波和切变波的速度比简化成相应传播时间比的倒数，如下:V , tl Vl t , . ( A. 20
45、 ) A. 18.5.1 泊松系数可以写成下列比值的形式z=1一2(V，/Vl)22 - 2( V/Vl)2 A.18.5.2 反过来，速度比也可以用表示为如下形式:.(A. 21) 三=J:芸主. ( A. 22 ) A. 18.5.3 对于试块是直径小于波长的圆形金属导线或细杆的情况，不是传播纵波，而是传播扩展波，其速度为时=vE石，其中，E一一杨氏模量，(T一一密度z还传播扭转波，其速度为VT=.;石，其中G十剪切模量。细杆速度比值如下z町, 一一h-h . ( A. 23 ) 13 、GB/T 23900-2009 附录B资料性附录)工程材料中的声速本附录中给出的数值是从不同的资料收集
46、到的。因成分、处理和测试条件的变动影响，这些数值不是绝对精确的。通常对大部分实际应用场合，这些数据是足够精确的。表B.l工程材料中的声速纵波速度切变波速度材料密度/(kg/m3)m/s X103 in/s m/s X 103 in/s 铝2700 6300 250 3 130 124 镀1 850 12400 488 8650 340 铿9800 2 180 85 1 100 43 黄铜8 100 4370 173 2100 83 青铜8860 3530 139 2230 88 锯8600 2780 109 1500 59 每E8580 4 950 194 2 180 85 铜8900 470
47、0 185 2260 88 金19300 3240 127 1 200 47 给11 300 3860 152 2 180 82 英康镶含金8250 5720 225 3020 119 铁(电解)7900 5960 235 3220 128 铁(铸7200 3500-5600 138-222 2 200-3 200 87-131 铅11 400 2 160 85 700 27 铅铸合金10900 2 160 85 810 32 簇1 740 5740 227 3080 122 蒙乃尔铜镇合金8830 6020 237 2720 107 镇8800 5 630 222 2960 118 塑胶(丙
48、烯酸树脂)1 180 2670 105 1 120 44 铅21 450 3 960 155 1670 65 熔凝石英2200 5 930 233 3750 148 银10 500 3600 141 1590 62 银镰合金8750 4620 182 2320 91 不锈钢(347)7910 5790 226 3100 122 不锈钢(410)7670 5 900 232 3300 130 钢7700 5 900 232 3230 127 锡7300 3 320 130 1670 65 铁4540 6240 245 3215 126 鸽19 100 5460 214 2620 103 铀18700 3370 133 1 930 76 铸7100 4170 164 2410 94 错6490 4310
