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導(dǎo)讀

 

超聲蘭姆波（Lamb）檢測是薄板檢測的重要方法。然而，由于其使用較少且較為復(fù)雜，操作者常常難以正確實(shí)施。

 

本文將從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面介紹蘭姆波檢測方法，并探討模式選擇及注意事項(xiàng)。

 

在薄板超聲波探傷中，由于鋼板較薄，縱波界面波和底波難以清晰分辨，因此常采用超聲蘭姆波進(jìn)行檢測。

 

然而，蘭姆波檢測較為復(fù)雜，許多探傷人員在激發(fā)和波模選擇上存在疑問。本文將探討蘭姆波探傷的模式選擇。

 

蘭姆波探傷的理論基礎(chǔ)是頻散方程。自由邊界條件下的Lamb波頻率方程如下：

 

公式（1）是對(duì)稱型（s型）的頻率方程：

公式（2）是非對(duì)稱型（a型）的頻率方程：

 

式中：

 

Cl--材料中的縱波速度，單位為米每秒(m/s)；

 

Cs--材料中的橫波速度，單位為米每秒(m/s)；

 

Cp--Lamb波相速度，單位為米每秒(m/s)；

 

t--板材厚度，單位為米(m)；

 

f--Lamb波激勵(lì)頻率，單位為赫茲(Hz)。

 

在實(shí)際檢測中，頻散方程過于復(fù)雜，因此通常使用頻散曲線。不同材料的頻散曲線各異，GB/T8651《金屬板材超聲板波探傷方法》附錄中列出了多種材料的頻散曲線。對(duì)于新材料，檢測者需尋求專業(yè)機(jī)構(gòu)繪制其頻散曲線。

 

以下是蘭姆波檢測中入射角和波模選擇的步驟：

 

1. 在已知板厚和選定工作頻率的情況下，參考圖1的頻散曲線，確定所需模式的相速度。

 

2. 由于不同蘭姆波模式的衰減和反射特性不同，需進(jìn)行模式選擇。

 

選擇蘭姆波模式的原則包括：

 

1. *信噪比高*：端面反射波強(qiáng)且清晰。

 

2. *衰減小，傳播距離大*：以提高檢測效率。

 

3. *激發(fā)波模純凈*：避免其他模式波的干擾，以便更準(zhǔn)確地判斷缺陷（選擇與其他模式波距離較遠(yuǎn)的點(diǎn)）。

 

4. *群速度快且變化率小*：確保因缺陷或端角引起的波模轉(zhuǎn)換波在主波之后，有助于缺陷判斷。

 

圖1 406鋼板Lamb波相速度曲線

 

例如，對(duì)于406鋼板，其頻率與厚度的乘積為6MHz·mm。如果選擇S1模式，則對(duì)應(yīng)的相速度約為5200m/s。

 

接下來，針對(duì)壓電探頭，可以根據(jù)查得的相速度和材料中壓電晶片楔塊的縱波速度，使用公式（3）計(jì)算蘭姆波的入射角α（只有在該角度入射時(shí)，才能獲得所需的波模）。

 

式中：

 

Cp—所激發(fā)Lamb波模式的相速度；

 

Cl—壓電探頭楔塊材料的縱波速度。

 

如果Cp相速度為5200 m/s，而探頭楔塊的有機(jī)玻璃縱波速度Cl為2650 m/s（在20℃時(shí)），則為了產(chǎn)生S1模式的蘭姆波，入射角根據(jù)上述公式計(jì)算得為30.6°。

 

最后，根據(jù)頻率與厚度以及所選擇的波模，可以在圖2的群速度曲線上找到對(duì)應(yīng)的群速度。

圖2 406鋼板Lamb波群速度曲線

 

在實(shí)際的探傷過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇群速度曲線較為平坦的區(qū)域，以確保群速度的變化較小，從而使回波距離保持穩(wěn)定。

 

上述內(nèi)容是通過理論計(jì)算確定波模的基本方法。然而，在實(shí)際檢測中，蘭姆波探頭的入射角可能與計(jì)算值存在差異。

 

此外，板材厚度的變化和探頭頻率的不穩(wěn)定性也可能激發(fā)多個(gè)蘭姆波模式。

 

與此同時(shí)，缺陷或邊界的存在可能導(dǎo)致波模的變化，因此超聲蘭姆波檢測過程相對(duì)復(fù)雜，需要積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 

蘭姆波探傷應(yīng)該注意的幾個(gè)事項(xiàng)：

 

1）必須確認(rèn)所激發(fā)的波為蘭姆波。與表面波相比，蘭姆波對(duì)表面油污的敏感性較低，表面波在遇到油污時(shí)會(huì)顯著減弱，而蘭姆波在傳播過程中受到油污的影響相對(duì)較小。此外，蘭姆波在遇到端部時(shí)會(huì)發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，這會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)探頭時(shí)回波寬度的變化，而橫波回波的脈沖寬度則保持不變。

 

2）建議盡量采用多模檢測，因?yàn)閱我荒Ｊ娇赡軙?huì)導(dǎo)致某些區(qū)域的漏檢。通常建議至少使用兩種波模式進(jìn)行檢測。

 

3）對(duì)于分層缺陷，前沿可能較窄而不產(chǎn)生發(fā)射，這可能導(dǎo)致漏檢。然而，分層現(xiàn)象會(huì)引起模式轉(zhuǎn)換，可以通過輔助觀察端部反射來進(jìn)行檢測。