超声检测横波半扩散角公式的推导与变形形式

　　横波的半扩散角,一般是指在钢中传播的横波声束在声束轴线与界面法线所决定的入射平面内,声束不再对称于声束轴线,而是声束上半扩散角θ上大于下半扩散角θ下。对于这两个角的求法,一般是根据现行教材〔1〕第55页的公式进行。但是书中对该公式没有进行推导,而且给出的公式也是一个特例,只符合圆形晶片探头而不适用于方形晶片探头,本文除对公式进行推导以外,还将给出这一公式的通用形式的应用示范例题。

　　1　公式的推导

　　下面是教科书〔1〕中的公式组:

　　这一公式只表明了圆形晶片时,钢中横波的上下半扩散角,无法求出方晶片中的上下半扩散角,那么对于方晶片来说,求a、b的公式又应当如何改动呢?

　　如图1所示:

　　不难看出:

　　将以上条件代入公式(1)中,可得圆晶片与方晶片的半扩散角公式,形式与书中的形式一样。

　　很明显,公式(1)比公式(2)、(3)要简单明了,此时公式中的θ0,无论是方晶片还是圆晶片都有公式可求,且计算量较原公式要小。

　　2　应用实例

　　用2.5 P13×13K2的横波斜探头探伤钢制工件,已知探头中有机玻璃中纵波波速Cl1= 2730m/s,钢中横波声速Cs2=3230 m/s。求横波轴线与入射平面内垂直的上下半扩散角。按方晶片用公式(3)计算,过程如下:

　　解:①有机玻璃中的纵波波长:

　　3　结论

　　(1)新公式涵盖了方形与圆形两种晶片的探头。而原公式则需用不同的公式来进行计算。不便于记忆与使用。

　　(2)新公式形式简单、便于理解。它的a,b求值只涉及三个变量,计算简单。

　　(3)两种公式计算结果一样。说明了两者的准确性是一致的。

　　参考文献:

　　[1]　全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织编写.超声波探伤.劳动部中国锅炉压力容器安全杂志社,1995,55

　　卢盛华　刘俊杰　　(盘锦辽河油田无损检测有限公司,辽宁盘锦　124012)