导读

超声兰姆波（Lamb）检测是薄板检测的重要方法。然而，由于其使用较少且较为复杂，操作者常常难以正确实施。

本文将从理论和实践两个方面介绍兰姆波检测方法，并探讨模式选择及注意事项。

在薄板超声波探伤中，由于钢板较薄，纵波界面波和底波难以清晰分辨，因此常采用超声兰姆波进行检测。

然而，兰姆波检测较为复杂，许多探伤人员在激发和波模选择上存在疑问。本文将探讨兰姆波探伤的模式选择。

兰姆波探伤的理论基础是频散方程。自由边界条件下的Lamb波频率方程如下：

公式（1）是对称型（s型）的频率方程：

公式（2）是非对称型（a型）的频率方程：

式中：

Cl--材料中的纵波速度，单位为米每秒(m/s)；

Cs--材料中的横波速度，单位为米每秒(m/s)；

Cp--Lamb波相速度，单位为米每秒(m/s)；

t--板材厚度，单位为米(m)；

f--Lamb波激励频率，单位为赫兹(Hz)。

在实际检测中，频散方程过于复杂，因此通常使用频散曲线。不同材料的频散曲线各异，GB/T8651《金属板材超声板波探伤方法》附录中列出了多种材料的频散曲线。对于新材料，检测者需寻求专业机构绘制其频散曲线。

以下是兰姆波检测中入射角和波模选择的步骤：

1. 在已知板厚和选定工作频率的情况下，参考图1的频散曲线，确定所需模式的相速度。

2. 由于不同兰姆波模式的衰减和反射特性不同，需进行模式选择。

选择兰姆波模式的原则包括：

1. *信噪比高*：端面反射波强且清晰。

2. *衰减小，传播距离大*：以提高检测效率。

3. *激发波模纯净*：避免其他模式波的干扰，以便更准确地判断缺陷（选择与其他模式波距离较远的点）。

4. *群速度快且变化率小*：确保因缺陷或端角引起的波模转换波在主波之后，有助于缺陷判断。

图1 406钢板Lamb波相速度曲线

例如，对于406钢板，其频率与厚度的乘积为6MHz·mm。如果选择S1模式，则对应的相速度约为5200m/s。

接下来，针对压电探头，可以根据查得的相速度和材料中压电晶片楔块的纵波速度，使用公式（3）计算兰姆波的入射角α（只有在该角度入射时，才能获得所需的波模）。

式中：

Cp—所激发Lamb波模式的相速度；

Cl—压电探头楔块材料的纵波速度。

如果Cp相速度为5200 m/s，而探头楔块的有机玻璃纵波速度Cl为2650 m/s（在20℃时），则为了产生S1模式的兰姆波，入射角根据上述公式计算得为30.6°。

最后，根据频率与厚度以及所选择的波模，可以在图2的群速度曲线上找到对应的群速度。

图2 406钢板Lamb波群速度曲线

在实际的探伤过程中，应优先选择群速度曲线较为平坦的区域，以确保群速度的变化较小，从而使回波距离保持稳定。

上述内容是通过理论计算确定波模的基本方法。然而，在实际检测中，兰姆波探头的入射角可能与计算值存在差异。

此外，板材厚度的变化和探头频率的不稳定性也可能激发多个兰姆波模式。

与此同时，缺陷或边界的存在可能导致波模的变化，因此超声兰姆波检测过程相对复杂，需要积累丰富的实践经验。

兰姆波探伤应该注意的几个事项：

1）必须确认所激发的波为兰姆波。与表面波相比，兰姆波对表面油污的敏感性较低，表面波在遇到油污时会显著减弱，而兰姆波在传播过程中受到油污的影响相对较小。此外，兰姆波在遇到端部时会发生模式转换，这会导致移动探头时回波宽度的变化，而横波回波的脉冲宽度则保持不变。

2）建议尽量采用多模检测，因为单一模式可能会导致某些区域的漏检。通常建议至少使用两种波模式进行检测。

3）对于分层缺陷，前沿可能较窄而不产生发射，这可能导致漏检。然而，分层现象会引起模式转换，可以通过辅助观察端部反射来进行检测。