·948· 工程科学学报，第37卷，第7期 一距表面0.3mm 20 一距底面0.3m 10 0 AAMAA -20 306 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 时间s 30 30 无夹杂物 无夹杂物 20 一距底而0.3mm 20 手底而03m 10 10 -10 10 20 20 0% 05 1.0 300 1.5 2.0 2.5 1.0 15 2.0 2.5 时间/s 时间/μs 图7A山20不同夹杂深度的对比.(a)近表面与近底面的对比：(b)近底面与无夹杂对比：()近表面与无夹杂对比 Fig.7 Comparison of different depths of Al,0:(a)near-surface and near-bottom:(b)near-bottom and no-inclusion:(c)near-surface and no-in- clusion 2.0 25 1.8 一夹杂物回波与界面波交叠 界面波 夹杂物回波与张面回波交叠 1.6 底面回波 2.0 1.4 1.2 1.5 1.0 0.8 1.0 0.6 0.4 05 0.2 0.5 .0 15 2.D 2.5 0.5 1.0 15 2.0 2.5 频率/MHz 频率/MHz 图8不同夹杂深度的频谱图.(a)近表面0.3mm处：(b)近底面0.3mm处 Fig.8 Spectral distribution of inclusion:(a)0.3 mm near the surface:(b)0.3 mm near the bottom 图9(a)是无缺陷处的A扫波形，图9(b)是缺陷处的 3实验验证 A扫波形.实验结果显示，当样品近底面存在缺陷时， 由于含有较大尺寸夹杂物的样品难以获得，并且 缺陷回波与底面回波相耦合，其回波较无缺陷处的底 目前尚无其他方法能够确定材料内部夹杂物的具体位 面回波提前约200s,对应的缺陷深度约为590μm,该 置.因此，本文采用与仿真模型具有相同厚度H= 深度与夹杂物距底面距离相当.同时，实测结果与仿 5.0mm,但底面具有与夹杂物尺寸相同的微孔样品，验 真结果中图7(b)的底面回波波形存在差异，这是由于 证上述方法对材料内部微缺陷检测的有效性 微孔与近底面夹杂物属于不同的缺陷类型，底面微孔 实验样品为45钢，尺寸为10mm×10mm×5mm, 只包含固-一液界面，而近底面夹杂物存在上下两个固一 采用PVA SAM3O0超声显微镜设备，对样品进行检测， 固界面，因此实验中的底面回波不存在展宽拖尾现象. 其中聚焦探头的频率为10MHz.分别提取缺陷处和非 上述实验结果表明，采用超声方法可以实现材料内部 缺陷处的A扫波形进行对比，如图9所示.其中， 一定深度的大尺寸缺陷或夹杂物的检测与定位工程科学学报，第 37 卷，第 7 期 图 7 Al2O3不同夹杂深度的对比． ( a) 近表面与近底面的对比; ( b) 近底面与无夹杂对比; ( c) 近表面与无夹杂对比 Fig． 7 Comparison of different depths of Al2O3 : ( a) near-surface and near-bottom; ( b) near-bottom and no-inclusion; ( c) near-surface and no-in￾clusion 图 8 不同夹杂深度的频谱图． ( a) 近表面 0. 3 mm 处; ( b) 近底面 0. 3 mm 处 Fig． 8 Spectral distribution of inclusion: ( a) 0. 3 mm near the surface; ( b) 0. 3 mm near the bottom 3 实验验证 由于含有较大尺寸夹杂物的样品难以获得，并且 目前尚无其他方法能够确定材料内部夹杂物的具体位 置． 因此，本文采用与仿真模型具有相同厚度 H = 5. 0 mm，但底面具有与夹杂物尺寸相同的微孔样品，验 证上述方法对材料内部微缺陷检测的有效性． 实验样品为 45# 钢，尺寸为 10 mm × 10 mm × 5 mm， 采用 PVA SAM300 超声显微镜设备，对样品进行检测， 其中聚焦探头的频率为 10 MHz． 分别提取缺陷处和非 缺 陷 处 的 A 扫 波 形 进 行 对 比，如 图 9 所 示． 其中， 图 9( a) 是无缺陷处的 A 扫波形，图 9( b) 是缺陷处的 A 扫波形． 实验结果显示，当样品近底面存在缺陷时， 缺陷回波与底面回波相耦合，其回波较无缺陷处的底 面回波提前约 200 ns，对应的缺陷深度约为 590 μm，该 深度与夹杂物距底面距离相当． 同时，实测结果与仿 真结果中图 7( b) 的底面回波波形存在差异，这是由于 微孔与近底面夹杂物属于不同的缺陷类型，底面微孔 只包含固--液界面，而近底面夹杂物存在上下两个固-- 固界面，因此实验中的底面回波不存在展宽拖尾现象． 上述实验结果表明，采用超声方法可以实现材料内部 一定深度的大尺寸缺陷或夹杂物的检测与定位． · 849 ·