水平剪切波在板表面附着物厚度检测中的应用

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1、第48卷第18期机械工程学报Vol.48No.182012年9月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGSep.2012DOI：10.3901/JME.2012.18.078*水平剪切波在板表面附着物厚度检测中的应用吴斌李杨郑阳何存富(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)摘要：针对板表面附着物厚度检测的问题，提出一种基于水平剪切(Shearhorizontal，SH)波的检测方法，该方法利用SH波的频散效应对板表面附着物厚度变化敏感的特性，实现对表面附着物的厚度进行无损检测。建立

2、SH波在双层结构中的波动模型，并求解出双层弹性介质中SH波的波动方程。针对工业中出现的水垢等多种附着物厚度检测实例，绘制SH波群速度随附着物厚度变化的曲线，并进一步提出SH波检测板表面附着物厚度的具体实施方法。利用该检测方法，对钢板—石灰膏涂层模拟的锅炉水垢试样进行试验研究。结论表明，通过测定低频段和高频段的SH0模态的群速度，可以分别对较厚附着层和薄厚度附着层的厚度进行检测。关键词：水平剪切波表面附着物水垢厚度积碳层厚度中图分类号：TB553ThicknessMeasurementofSurfaceAttachmen

3、tonPlatewithSHWaveWUBinLIYangZHENGYangHECunfu(CollegeofMechanicalEngineeringandAppliedElectronicsTechnology,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124)Abstract：Atechniquebasedonshearhorizontal(SH)waveforthicknessmeasurementofsurfaceattachmentonplateispresented.

4、ThisnondestructivemethodisimplementedbyusingtherelationshipbetweenSHwavedispersionvarietyandthethicknesschanging.PropagationofSHwaveinbi-layerelasticstructureismodeledandanalyzed.Consideringseveralconditionsofsurfaceattachmentsuchasboilerscale,thedispersioncurve

5、ofSHwavewhichvaryingwithattachmentthicknessistracked.AconcreteimplementationoftheSHwaveattachmentthicknessmeasurementisprovided.TheexperimentalstudyonboilerscalethicknessdetectioniscarriedoutwiththeSteel-CaCO3bilayerspecimen.Theresultsshowthatthemeasurementofsur

6、faceattachmentthickness(includingrelativethickorthinattachment)withSHwavecanberealizedbymeasuringthegroupvelocityofSH0modeunderloworhighfrequency.Keywords：Shearhorizontal(SH)waveSurfaceattachmentThicknessofboilerscaleThicknessofcarbondeposition源浪费，而且水垢的存在会使炉壁金属过

7、热，产生*[1]0前言蠕变，导致锅炉鼓包、破裂甚至爆炸。因此，针对水垢等表面附着层发展一种有效的检测手段是十在工业生产中存在许多板表面附着异物的情分必要的。况，如工业锅炉水垢、有机热载体炉积碳层以及各通常，对于锅炉水垢采取定期化学清洗的方法。类液体储罐底板沉积物等。这类板表面附着物的状这类方法针对性不强，而且带来很大的资源浪费和况，是结构安全性评价的一项重要指标。环境污染。目前，国内对水垢的检测中，往往采用以工业锅炉水垢为例，在锅炉的运行过程中，离线检测方式，即将整个锅炉系统停机，截取炉管由于水中含有溶解度较小的钙、镁

8、盐类，经过不断样本，溶解水垢，求出单位面积上的水垢重量以测蒸发、浓缩，当水中杂质的浓度达到饱和时，就会量厚度。这种方法一方面测量精度难以保证，另一产生沉淀，形成水垢。由于水垢的导热能力远差于方面采用取样的方法是一种有损检测法，费时费力。钢铁的导热能力，不仅会给工业生产带来巨大的能随着无损检测技术的不断发展，许多无损检测技术被应用于