摘　要：通過對換流閥懸吊構件材料進行調研和取樣，實測了模壓成型的棒狀玻璃纖維絕緣材料聲學性能。由此優化出超聲檢測的技術參數，對提高換流閥懸吊構件的缺陷檢出率，保證換流站運行的安全具有實際意義。
關鍵詞：玻璃鋼；聲學性能；超聲檢測；探頭頻率

　　目前，我國電力工業隨著高新技術和先進設備發展，隨著現有電網的技術改造和升級，已進入到大電網、特高壓的快速發展時期。在高等級換流站中，大量的換流閥懸吊構件采用了力學性能更好的玻璃鋼絕緣材料，為保證換流站運行的安全性，研究拉擠或模壓等新型加工工藝制作的懸吊構件的超聲被檢測方法具有現實意義。由于玻璃鋼絕緣材料是典型的各向異性復合材料，其聲學性能較之各相同性鋼材有較大的差異。對此，本文研究測定了懸吊構件材料的聲學性能，并由此優化出超聲檢測的技術參數。

1　聲學性能測量的技術條件

　　(1)試驗材料與樣品：試驗材料為玻璃鋼模壓成型的棒狀材料；兩根試驗樣本的直徑均為38 mm，1號試樣的長度為L1=634 mm，2號試樣的長度為L2=219mm。
　　(2)實驗儀器：HS-400型數字超聲儀。
　　(3)探頭：使用不同頻率的縱波直探頭測量材料纖維方向的聲速和聲衰減系數等聲性能，其中5P14探頭三個，編號1號、2號、3號；2.5P20探頭三個，編號為4號、5號、6號：1.25P20探頭三個，編號7號、8號、9號。
　　(4)耦合劑：甘油。

2　試樣材料纖維方向的聲速測量

　　用5 MHz、2.5MHz、1.25MHz種不同頻率的探頭，分別置于1、2號試樣的端面，軸向(纖維方向)發射超聲波。這是因為換流閥懸吊構件的破壞發生在螺紋根部，且與纖維方向垂直由外向內擴展，所以沿換流州懸吊構件的軸向進行超聲檢測有很好的靈敏度。試驗中重點觀察一次底波和二次底波的有無、高低和相應的位置，并測量材科纖維方向的聲速值。試驗結果見表1。

　　結果顯示：不同頻率的探頭對于玻璃鋼絕緣材料的穿透性相差很大，1.25 MHz的探頭穿透性強，634 mm長的試樣有二次底面回波；而5 MHz的探頭差，634 mm長的試樣無底面回波。
　　測得材料纖維方向的聲速值C在5223～5240 m/s之間，取平均值C=5230 m/s。

3　試樣材料的聲阻抗及其聲壓反射率和往復透射率

　　先利用排水法測量試驗樣本的密度，測得密度值為ρ=2.16 g/cm³，再根據公式聲阻抗Z=ρC，計算出該材料纖維方向的聲阻抗Z為1.13×10⁶ g/(cm²?s^-1)。
　　根據聲壓反射率公式，r=(Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂)(其中Z₁=1.13×10⁶ g/(cm²?s^-1)，Z₂=0.00004×10⁶ g/(cm²?s^-1)，計算出玻璃鋼/空氣界面的聲壓反射率為99.993％，與鐵索體鋼/空氣界面的聲壓反射率99.998％相比略低一點。
　　根據聲壓往復透射率公式，T=4Z₁Z₂(Z₁+Z₂)²(其中Z1指水、機油、甘油的聲阻抗值，分別為0.15×10⁶ g/(cm²?s^-1)、0.13×10⁶ g/(cm²?s^-1)。而Z2指試樣的聲阻抗值，為1.13×10⁶ g/(cm²?s^-1)，計算出水、機油、甘油做耦合劑的聲壓往復透射率分別為40.96％、36.10％、56.04％。

4　試樣材料纖維方向的聲衰減系數測量與計算

　　用不同頓率的探頭置于2號試樣(其長度大于三倍城場區)的端面上，分別測一次底渡和二次底波為60％時對應的曲數值．根據材料衰減系數公式α={[B₁]-[B₂]-6-δ}/(2x)(其中B₁、B₂指一次底波和二次底波的dB值，δ指反射損失，取為0.5 dB；x指試樣的長度)，算出的衰減系數見表2。

5　結果分析與討論

　　(1)分析小同頻率卣探頭底面回波情稅(表1)可知，1.25 MHz探頭檢測的深度比2.5 MHz、5 MHz要深，因此探頭頻率宜選用較小值。但頻率選擇過小，一方面脈沖寬度會過大，分辨率也會降低，不利于區分相鄰缺陷且缺陷定位精度會降低；另一方面頻率降低，波長會增加，半擴散角就會加大，聲束指向性也會降低，能量會分散，不利于小缺陷檢測。在實際檢測中應全面分析考慮各方面因素，合理選擇頻率以取得佳檢測效果。
　　(2)由于與空氣界面的聲壓反射率趨于100％，透射率趨于0，即聲壓全反射，無透射，有利于對材質為玻璃纖維增強的環氧樹脂工件中缺陷的檢測。另外，聲壓往復透射率高低直接影響檢測靈敏度高低，往復透射率高，檢測靈敏度高，反之，檢測靈敏度低。根據水、機油、甘油當耦合劑的聲壓往復透射率，耦合劑好選用甘油。
　　(3)對不同頻率探頭在2號試樣上測得的聲衰減系數(表2)分析可知，5MHz探頭(5P14)衰減系數為1.25MHz探頭(1.25P20)的一倍；不僅聲透性差，且檢測時的雜波多，信噪比差，因此探頭頻率易選用1.25MHz。

6　結束語

　　通對對玻璃纖維增強型絕緣材料進行聲學參數的測定和分析，推薦換流閥懸吊構件的超聲波檢測參數：探頭頻率用1.25 MHz，進行定量分析時的衰減系數為0.035 dB/mm。