中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部指導(dǎo)性技術(shù)文件

                                                        JB/Z265--86

                           球墨鑄鐵超聲聲速測定方法

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   本標(biāo)準(zhǔn)是采用超聲脈沖法、接觸式手動操作測量球墨鑄鐵中超聲傳播速度(以下簡稱聲速)的方法,其它鑄鐵也可參考使用。

1一般規(guī)定

1.1本標(biāo)準(zhǔn)是采用脈沖反射或穿透的方法,測量超聲縱波在試件中傳播時間(簡稱聲時)的原理,來確定聲速的工業(yè)試驗(yàn)方法。

1.2試件檢測部位的厚度應(yīng)能正確測定,檢測表面平直無影響測量結(jié)果的毛剌、氧化皮、粘砂及油漆等,探測部位兩相對平面的平行度不大于3度。

1.3操作人員除熟悉儀器設(shè)備性能、能正確調(diào)整和使用外,應(yīng)具備球墨鑄鐵方面的一般知識。

2儀器

2.1根據(jù)具體情況,可采用超聲聲速測量儀、超聲測厚儀以及由超聲探傷儀和測時裝置連接使用的設(shè)備等,但應(yīng)滿足下列要求:

    a.工作頻率在1--5MHz范圍內(nèi);

    b.測時分辨力不低于0.01μs,或測厚分辨力不低于0.01mm;

    c.儀器在室溫工作的不穩(wěn)定度低于0.2%,測量非線性不大于0.2%。

3儀器的調(diào)整

3.1本測量方法是基于被測試件的未知聲速與鋼制校正試塊或水的已知聲速相比較而得出的。因此,每次測試前必須先用校正試塊或水標(biāo)定儀器,在連續(xù)使用時應(yīng)定時校核。

3.1.1校正試塊采用壓延或拉拔的中碳鋼制造,經(jīng)熱處理使其金屬組織均勻,晶粒度按YB27--77《鋼的晶粒測定方法》在五級以上,表面粗糙度Ra應(yīng)不大于2.5μm,長度建議50或100mm,鋼試塊的聲速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)水聲速校正。

3.1.2蒸餾水的標(biāo)準(zhǔn)聲速見附錄A。

3.2用同步脈沖作為測時裝置開門信號的儀器,由于信號轉(zhuǎn)換和傳輸在時間上的滯后,將造成聲時在儀器上示值與真值之間的誤差,因而,必須先行校零。

3.2.1設(shè)有校零裝置的儀器,校零方法可按儀器使用說明書進(jìn)行。

3.2.2沒有校零裝置的儀器,調(diào)整方法見附錄B。

4方法

4.1根據(jù)被測試件的形狀、厚度等情況,可選用脈沖反射法或穿透法測量。

4.2脈沖反射法--用單一探頭兼起發(fā)射、接收超聲波的作用,用顯示器顯示超聲波在材料中的往返傳播時間。

4.2.1具有顯示聲時值裝置的儀器,按第3章調(diào)整儀器,測出試件中相鄰兩個底面回波間的時間間隔,在測得測量部位的厚度后,按下式計(jì)算聲速:

                       VL=2H/t×1000    -- - - - - - - - --- (1)

式中:VL---超聲縱波速度,m/s;

    H----試件被測部位厚度,mm;

    t----相鄰兩底面回波間的時間間隔,μs。

4.2.2用脈沖反射式超聲測厚儀,要根據(jù)儀器量程制備一套厚度成等差級數(shù)整數(shù)遞增的校正試塊,材質(zhì)要求見3.1.1款,當(dāng)測量試件時,應(yīng)先使用兩塊校正試塊,一塊厚度小于試件測試部位的厚度;一塊大于試件測試部位的厚度,來校正儀器的線性。當(dāng)儀器上厚度顯示與兩塊校正試塊的實(shí)際厚度均一致后,再測得試件的顯示厚度和實(shí)際厚度,按下式計(jì)算聲速:

                        VL=(H/H’)×VL’      - - - - - - - - - ---(2)

式中:VL---試件中的超聲縱波速度,m/s;

    VL’---校正試塊的已知超聲縱波速度,m/s;

    H-----試件測量部位的實(shí)際厚度,mm;

    H’----儀器上顯示的試件測量部位厚度,mm。

4.3穿透法---分別將發(fā)射、接收超聲波的兩個探頭置于試件測量部位兩側(cè)的平面上，并使兩探頭的軸線基本重合，測定超聲波的穿透時間，實(shí)測兩檢測面之間的厚度后，按下式計(jì)算聲速：

                         VL=H/t×1000     - - - - - - ---- - - -(3)

式中:VL----試件的超聲縱波豇,m/s;

    H-----試件檢測部位的實(shí)際厚度,mm;

    t-----穿透試件檢測部位的聲時,μs。

5聲速測量在鑄件上的應(yīng)用

5.1球墨鑄鐵是一種剛性材料,能傳播超聲波(縱波、橫波、表面波),其中,縱波傳播速度遵循在無限大固體介質(zhì)中的表達(dá)式   --------------------

                               /E        1-σ                    

                         VL=  / ---·--------------     - ----(4)

                           √  ρ   (1+σ)(1-2σ)

式中:VL----超聲縱波速度,m/s;

    E-----楊氏彈性模量,N/平方米;

    ρ----材料密度,kg/立方米;

    σ----泊松比,(橫向與縱向變形之比)。

   由于球墨鑄鐵中有游離石墨存在,它對上式中的物理量有一定影響。

   所以,聲速將隨游離石墨形狀、數(shù)量、大小和金屬基體結(jié)構(gòu)而變化。

5.2應(yīng)用條件

5.2.1用聲速法評價球墨鑄鐵質(zhì)量,要求生產(chǎn)工藝相對穩(wěn)定。
5.2.2 在應(yīng)用中根據(jù)生產(chǎn)條件建立各自的聲速與機(jī)械性能、球化程度間的對應(yīng)關(guān)系。

5.2.3只有在基本相似的情況下,才能評價球化程度和部分機(jī)械性能。

6應(yīng)用指導(dǎo)

6.1推薦用寬頻帶放大和窄脈沖探頭的儀器,在不具備這種儀器時,建議盡可能用穿透法檢測,但試件厚度小于30mm時,應(yīng)用反射法檢測。

6.1.1用穿透法檢測時,應(yīng)盡可能使接收的超聲脈沖前沿飽和。

6.1.2脈沖反射法用于檢測厚度小于15mm的薄件時,可用多次反射法取在試件中超聲波往返一次傳播時間的算術(shù)平均值計(jì)算聲速。

6.2由于聲速值的誤差取決于厚度和聲時的測量誤差,所以,薄件應(yīng)避免在毛坯面上檢測。

6.3試件厚度測量應(yīng)保證測厚相對誤差小于0.5%。

6.4在實(shí)體鑄件上檢測時,應(yīng)選有代表性的部位定點(diǎn)檢測。

6.5在沒有示波管監(jiān)視裝置的儀器上用反射法檢測時,如果發(fā)現(xiàn)顯示值異常,要設(shè)法驗(yàn)證。

6.6檢測時校正試塊與被測試件的溫度差不宜超過30℃。

                                 附  錄  Ａ

                           蒸餾水 的標(biāo) 準(zhǔn) 聲 速

                                   (補(bǔ)充件)

                                  附  錄 B

                             滯后時 間的 測 定

                                   (補(bǔ)充件)

   本附錄僅適用于有報警閘門的A型脈沖反射式超聲波探傷儀與測時裝置配合使用時滯后時間的測定。

B1探傷儀與測時裝置的連接使用按儀器說明書進(jìn)行。

B2在以超聲波探傷儀同步脈沖直接作測時裝置的開門信號,而把由探傷儀報警閘門選通的回波信號(超聲視頻脈沖)作為測時裝置的閉門信號時,所測得試件中超聲波傳播的聲時,將大于實(shí)際聲時。

B3測定方法

B3.1脈沖反射法

B3.1.1將探頭與校正試塊(本標(biāo)準(zhǔn)3.1.1款)在耦合良好情況下,調(diào)節(jié)探傷儀有關(guān)旋鈕,使示波屏上顯示兩次以上的清晰回波,并使**次回波B1達(dá)到示波屏垂直顯示極限80%以上的幅值。

B3.1.2調(diào)節(jié)探傷儀報警閘門位置使B1落入閘門內(nèi),測得始波T與B1之間的時間間隔t1。

B3.1.3調(diào)節(jié)探傷儀增益使**次回波B2的幅值與B1相同,并將閘門位置后移,使B2落入閘門內(nèi),而測得始波T與B2之間的時間間隔t,見圖B1。

                                    圖 B1

   設(shè)滯后時間為△t,在分別測得t1及t后,則:

                     △t=2t1-t  - - - - - - -- - - - - - - - - -- -(b1)

式中:△t----滯后時間,μs;

      t1----始波與**次回波之間的時間間隔,μs;

      t-----始波與**次回波之間的時間間隔,μs。

B3.2穿透法

B3.2.1將發(fā)、收超聲波功能分開的兩只探頭,分別置于校正試塊的兩相對平面上,調(diào)節(jié)探傷儀有關(guān)旋鈕,使示波屏上出現(xiàn)清晰的兩個穿透波波形后,增大輸出和增益在不出現(xiàn)儀器噪聲的情況下,盡量使超聲脈沖前沿飽和。

B3.2.2調(diào)整閘門位置使**個穿透波P1落入閘門范圍內(nèi),測得始波T與P1之間的時間間隔t1,然后,再移動閘門位置,使**個穿透波P2落入閘門范圍內(nèi),而測得t,見圖B2。

   由于t是超聲波通過試塊厚度三倍的傳播時間,故滯后時間△t為:

                                t-t1  

                      △t=t1-（------）  - - - - - - -- - - --(B2)

                                  2

                              圖 B2

式中:△t---滯后時間,μs;

      t1---始波與**個穿透波之間的時間間隔,μs;

       t---始波與**個穿透波之間的時間間隔,μs。

B3.2.3也可以用兩塊厚度是整數(shù)倍的同材質(zhì)試塊進(jìn)行分別測試而求得△t。

B4由于探頭的性能不盡一致,所以,對所用的探頭應(yīng)分別測定。

B5實(shí)測試件的聲時操作方法同B3章,并應(yīng)減去滯后時間之后計(jì)算聲速。

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   附加說明:

   本標(biāo)準(zhǔn)由沈陽鑄造研究所提出并歸口。

   本標(biāo)準(zhǔn)由沈陽鑄造研究所負(fù)責(zé)起草。

   本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：夏仁凱 何后躍