不同形状及尺寸人工反射体的超声波频谱

       不同形状和空间取向的散射体对应的散射信号具有很大差异，频谱分析在研究固体内不连续性的超声波散射时能够提供大量信息。Tittmann、Elsle和Adler等对采用扩散焊接处理方式嵌入钛合金中不同形状散射体的散射频谱进行了研究，并将实验结果和采用Born近似方法计算得到的结果进行了比较。图6-7所示为所用超声波水浸实验装置示意图[11]，该装置的测试范围包括了不同角度入射的纵波、横波，还包括了模式转换现象。图6-8是在钛合金内部制备的孔状缺陷反射体的形状和尺寸示意图[12]散射体在X、Y、Z轴方向上的尺寸见表6-1[12]。

注：lin=0.0254m。

图6-8    在钛合金圆盘上制备的孔状缺陷反射体的形状和尺寸示意图

a）不连续部位及横截面  b）平底孔   c）扁球孔   d）圆球孔   e）扁长球孔

        图6-9为对表6-1中给出的部分不连续性散射体进行脉冲反射实验，得到的反射波归一化功率谱随入射角的变化情况(图中数据是与0°入射角反射波功率谱进行归一化后的结果)[13]。该图表明，当散射体的尺度与波长相当时，散射体形状变化带来回波功率与角度之间关系的显著变化。

图6-9  钛合金内部散射体反射波归一化功率谱随入射角的变化情况

        图6-10、图6-11和图6-12分别为钛合金内圆球孔、扁球孔和长扁球孔上获得的散射纵、横波频谱的实验结果与按照Born近似理论计算所得结果的比较[14]。其中实验结果以实线(—)表示，理论计算结果以虚线(---)表示。 可以看出，两者有较好的一致性。

       Tittmann和Elsley在不同入射角下对表6-1中一个纵横比为2:1的扁球孔进行了超声波散射实验，并与Born近似理论计算所得的结果进行了比较，如图6-13所示[15]。

图6-10  钛合金内部800(30×)圆球孔散射波频谱

a）34°横波   b）50°横波   c）34°纵波   d）50°纵波

图6-11  钛合金内部2000×800(80××30×）扁球孔散射波频谱

a）34°横波   b）50°横波  c）34°纵波  d）50°纵波

图6-12  钛合金内部1600×800(60××30×)长扁球孔散射波频谱

a）34°横波   b）50°横波  c）34°纵波  d）50°纵波

图6-13   钛合金内部扁球孔散射波频谱实验结果同Born近似计算结果的对比

a）偏离对称轴10°    b）偏离对称轴60°

       从上述各图中可以看出，实验结果和Born近似计算结果之间的符合情况基本良好。散射数据对于在近似计算基础上发展起来的散射理论的验证和发展具有重要作用，同时也为散射反演技术的发展提供了相应的数据基础。