鉻鎳合金600廣泛應(yīng)用于制造核電站蒸汽發(fā)生器(SG鍋爐)管。采用超聲波導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)可以提高對(duì)SG管裂紋的檢測(cè)能力，但目前尚處于研究階段。進(jìn)一步研究超聲波聲速和導(dǎo)波的頻散特性可以提高SG管超聲波檢測(cè)的可靠性[9]。此外，對(duì)SG管彈性常數(shù)的測(cè)定也非常重要。
利用超聲波速度可以測(cè)量材料的彈性常數(shù)及試樣厚度，目前有多種方法用于測(cè)量超聲波波速。在傳統(tǒng)的脈沖回波法中，縱波和橫波波速是由彈性波的傳播距離和傳播時(shí)間來(lái)確定的。對(duì)于固體板材，超聲波聲速和板厚可以同時(shí)從板的一側(cè)測(cè)得。諧振聲譜法(RUS)已應(yīng)用于不同形狀試樣剛度的測(cè)量。薄板的彈性性能則可通過(guò)蘭姆波頻散曲線(xiàn)的反演方法獲得。
Young H. Kim等人用諧振聲譜( RUS)法和反射泄露蘭姆波(LLW )法對(duì)鉻鎳合金600板進(jìn)行了超聲波測(cè)試。RUS法測(cè)量結(jié)果表明，正在服役的板材表現(xiàn)出彈性各向異性。用RUS、超聲波脈沖回波法和LLW的截止頻率(cut-off frequency)分別測(cè)得了鉻鎳合金600板的縱波和橫波聲速。在假設(shè)正交對(duì)稱(chēng)的前提下，RUS法測(cè)得的厚度方向的聲速與其他方法(脈沖回波法、截止頻率法)得到的測(cè)量結(jié)果非常接近。通過(guò)改變?nèi)肷浣菧y(cè)量了板的反射泄漏蘭姆波。獲得的反射LLW頻散曲線(xiàn)與理論計(jì)算結(jié)果有很好的一致性，個(gè)別部位不太一致的原因可能是由板的各向異性引起的。
RUS可用于確定彈性剛度張量。事實(shí)上，對(duì)于具有高對(duì)稱(chēng)性的晶體結(jié)構(gòu)，如各向同性的立方晶系以及正交晶系等，利用RUS能夠確定九個(gè)張量。其中關(guān)鍵之一在于對(duì)稱(chēng)性的確定以及預(yù)先對(duì)彈性剛度的初始估測(cè)。這種初始估測(cè)應(yīng)當(dāng)接近從參考文獻(xiàn)、經(jīng)驗(yàn)以及其他測(cè)量方法獲得的真值。計(jì)算得到的諧振頻率以及傳播模態(tài)應(yīng)當(dāng)和RUS法測(cè)得的結(jié)果相匹配，最終可通過(guò)比較和迭代使得彈性值收斂。
當(dāng)超聲波以一定角度入射到浸在水中的板材時(shí)，如果入射波與板的一種蘭姆波模態(tài)沒(méi)有相位匹配，超聲波反射時(shí)無(wú)畸變發(fā)生。反之，如果發(fā)生相位匹配，蘭姆波將沿板材傳播，并在板端被反射回來(lái)。這種被板端反射回的聲波(本研究中叫反射泄露蘭姆波)被探頭接收。另外，探頭還能接收到垂直入射于板表面后被反射回的較強(qiáng)聲波。這部分波可視為板的諧振輻射，將其頻率與蘭姆波模態(tài)的截止頻率比較，就可以確定板中的體波聲速。相位匹配的條件滿(mǎn)足斯涅爾定律。對(duì)于入射角為
時(shí)產(chǎn)生的蘭姆波，斯涅爾定律可表示為
式中，
和
分別是入射波的聲速與蘭姆波的相速度。
RUS法測(cè)量的試樣尺寸為lmmx2mmx3mm,LLW法測(cè)量的試樣尺寸為50mm x 80mm x lmm(厚度)。分別采用20MHz的縱波探頭(液浸式)，以及5MHz橫波探頭(賽洛洛耦合方式)，利用常規(guī)的脈沖回波法測(cè)量鉻鎳合金板中的縱波和橫波聲速，測(cè)量結(jié)果分別為5830m/s和3130m/s。采用RUS法檢測(cè)過(guò)程中，試樣置于發(fā)射探頭和接收探頭之間，在試樣的兩對(duì)角上施加最小的力來(lái)夾持，以便確保試樣處于自由振動(dòng)狀態(tài)。
為了繪制相速度頻散曲線(xiàn)，建立了LLW自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。試樣可以轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)從不同角度入射。試樣轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的精度分別為0.02°和20μm。超聲波探頭采用中心頻率分別為1MHz、2.25MHz和5MHz的三個(gè)寬頻帶探頭，由超聲波脈沖發(fā)射接收器分別發(fā)射和接收。在板的端部反射的LLW波由數(shù)字示波器接收并進(jìn)行后續(xù)的數(shù)字化處理。探頭位置與鋼板的垂直距離為75mm，與鋼板邊緣的水平距離為30mm。
圖11-6是典型的鉻鎳合金600板的諧振聲譜。在假設(shè)板是各向同性的前提下，得到的剛度張量的收斂值并不好，表明板在軋制過(guò)程中產(chǎn)生了各向異性。所以重新假設(shè)板是正交對(duì)稱(chēng)的，并對(duì)樣品的縱波和橫波聲速進(jìn)行了三維度測(cè)量。
1MHz探頭垂直入射獲得的LLW信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜如圖11-7所示。緊跟在直達(dá)波之后的諧振信號(hào)顯示出更高的頻率，約為3MHz，是探頭中心頻率的3次諧頻。圖11-7b所示的LLW頻譜中下陷處極小值的頻率值與截止頻率相對(duì)應(yīng)。
垂直入射時(shí)得到的LLW回波可視為諧振輻射的物理過(guò)程，按照式(11-1)計(jì)算其相速度為無(wú)窮大。眾所周知，在截止頻率處，相速度變?yōu)闊o(wú)窮大，而蘭姆波波數(shù)k變?yōu)?。對(duì)厚度為2h的板而言，截止頻率由下式給出：
式中，α和β是縱波和橫波波數(shù)的法向分量。α和β的關(guān)系由下式給出:
式中，
ω、
、
——角頻率、 縱波聲速和橫波聲速。垂直入射得到的截止頻率為2. 89MHz和3.16MHz。從截止頻率可以估計(jì)和 分別為5780m/s和3160m/s,或6320m/s和2890m/s。根據(jù)脈沖回波法測(cè)得的超聲波速度，前一種預(yù)測(cè)結(jié)果， =5800m/s,
=3130m/s比后一種更為合理。
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