中華人民共和國(guó)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(cè)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(dòng)操作測(cè)量球墨鑄鐵中超聲傳播速度(以下簡(jiǎn)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(cè)量超聲縱波在試件中傳播時(shí)間(簡(jiǎn)稱聲時(shí))的原理,來(lái)確定聲速的工業(yè)試驗(yàn)方法。

1.2試件檢測(cè)部位的厚度應(yīng)能正確測(cè)定,檢測(cè)表面平直無(wú)影響測(cè)量結(jié)果的毛剌、氧化皮、粘砂及油漆等,探測(cè)部位兩相對(duì)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(shí)。

2儀器

2.1根據(jù)具體情況,可采用超聲聲速測(cè)量?jī)x、超聲測(cè)厚儀以及由超聲探傷儀和測(cè)時(shí)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(cè)時(shí)分辨力不低于0.01μs,或測(cè)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(cè)量非線性不大于0.2%。

3儀器的調(diào)整

3.1本測(cè)量方法是基于被測(cè)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(cè)試前必須先用校正試塊或水標(biāo)定儀器,在連續(xù)使用時(shí)應(yīng)定時(shí)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(cè)定方法》在五級(jí)以上,表面粗糙度Ra應(yīng)不大于2.5μm,長(zhǎng)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(cè)時(shí)裝置開門信號(hào)的儀器,由于信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸在時(shí)間上的滯后,將造成聲時(shí)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(cè)試件的形狀、厚度等情況,可選用脈沖反射法或穿透法測(cè)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(shí)間。

4.2.1具有顯示聲時(shí)值裝置的儀器,按第3章調(diào)整儀器,測(cè)出試件中相鄰兩個(gè)底面回波間的時(shí)間間隔,在測(cè)得測(cè)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(cè)部位厚度,mm;

     t----相鄰兩底面回波間的時(shí)間間隔,μs。

4.2.2用脈沖反射式超聲測(cè)厚儀,要根據(jù)儀器量程制備一套厚度成等差級(jí)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(cè)量試件時(shí),應(yīng)先使用兩塊校正試塊,一塊厚度小于試件測(cè)試部位的厚度;一塊大于試件測(cè)試部位的厚度,來(lái)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(cè)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(cè)量部位的實(shí)際厚度,mm;

     H’----儀器上顯示的試件測(cè)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(gè)探頭置于試件測(cè)量部位兩側(cè)的平面上，并使兩探頭的軸線基本重合，測(cè)定超聲波的穿透時(shí)間，實(shí)測(cè)兩檢測(cè)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(cè)部位的實(shí)際厚度,mm;

     t-----穿透試件檢測(cè)部位的聲時(shí),μs。

5聲速測(cè)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(wú)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(duì)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(píng)價(jià)球墨鑄鐵質(zhì)量,要求生產(chǎn)工藝相對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系。

5.2.3只有在基本相似的情況下,才能評(píng)價(jià)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(shí),建議盡可能用穿透法檢測(cè),但試件厚度小于30mm時(shí),應(yīng)用反射法檢測(cè)。

6.1.1用穿透法檢測(cè)時(shí),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(cè)厚度小于15mm的薄件時(shí),可用多次反射法取在試件中超聲波往返一次傳播時(shí)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(shí)的測(cè)量誤差,所以,薄件應(yīng)避免在毛坯面上檢測(cè)。

6.3試件厚度測(cè)量應(yīng)保證測(cè)厚相對(duì)誤差小于0.5%。

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

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

6.6檢測(cè)時(shí)校正試塊與被測(cè)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(shí) 間的 測(cè) 定

                                   (補(bǔ)充件)

    本附錄僅適用于有報(bào)警閘門的A型脈沖反射式超聲波探傷儀與測(cè)時(shí)裝置配合使用時(shí)滯后時(shí)間的測(cè)定。

B1探傷儀與測(cè)時(shí)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(cè)時(shí)裝置的開門信號(hào),而把由探傷儀報(bào)警閘門選通的回波信號(hào)(超聲視頻脈沖)作為測(cè)時(shí)裝置的閉門信號(hào)時(shí),所測(cè)得試件中超聲波傳播的聲時(shí),將大于實(shí)際聲時(shí)。

B3測(cè)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(bào)警閘門位置使B1落入閘門內(nèi),測(cè)得始波T與B1之間的時(shí)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(cè)得始波T與B2之間的時(shí)間間隔t,見圖B1。

                                    圖 B1

    設(shè)滯后時(shí)間為△t,在分別測(cè)得t1及t后,則:

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

式中:△t----滯后時(shí)間,μs;

       t1----始波與**次回波之間的時(shí)間間隔,μs;

      t-----始波與**次回波之間的時(shí)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(duì)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(gè)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(gè)穿透波P1落入閘門范圍內(nèi),測(cè)得始波T與P1之間的時(shí)間間隔t1,然后,再移動(dòng)閘門位置,使**個(gè)穿透波P2落入閘門范圍內(nèi),而測(cè)得t,見圖B2。

    由于t是超聲波通過試塊厚度三倍的傳播時(shí)間,故滯后時(shí)間△t為:

                                t-t1  

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

                                  2

                              圖 B2

式中:△t---滯后時(shí)間,μs;

       t1---始波與**個(gè)穿透波之間的時(shí)間間隔,μs;

       t---始波與**個(gè)穿透波之間的時(shí)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(cè)試而求得△t。

B4由于探頭的性能不盡一致,所以,對(duì)所用的探頭應(yīng)分別測(cè)定。

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

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    附加說明:

    本標(biāo)準(zhǔn)由沈陽(yáng)鑄造研究所提出并歸口。

    本標(biāo)準(zhǔn)由沈陽(yáng)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

機(jī)械工業(yè)部1986-06-11發(fā)布