超声相控阵技术优势

超声相控阵技术优势（精选4篇）

超声相控阵技术优势 篇1

相控阵超声检测技术在航空维修中的应用

航空维修中无损检测作为重要的安全保障手段,越来越受到重视,本文介绍了相控阵超声检测技术的原理及特点,通过分析,相控阵超声检测技术可实现航空零件检测可视化,在新机新材料、新结构的缺陷检测方面具有重要的`应用前景.

作 者：张海兵 孙金立 张浩然 孙强 作者单位：中国人民解放军海军航空工程学院青岛分院,山东,青岛,266041刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(17)分类号：V2关键词：相控阵 超声 检测 航空维修

超声相控阵技术优势 篇2

关键词：超声,相控阵,成像技术,抽样相控阵

0 引言

在无损检测领域, 传统的人工超声检测方法正在逐渐被自动超声探伤系统取代。经济实用、功能强大的微电子、电脑器件的高速发展也推动了各国在超声相控阵系统中的投入。超声相控阵检测技术因其独特的优点引起了国际无损检测领域的高度重视[1]。

超声相控阵是指按照一定的规则和时序激发一组探头晶片[2], 通过调整激发晶片的序列、数量、时间来控制波束的形状、轴线偏转角度及焦点位置等参数的超声波电子扫查技术。通过相控阵可以很方便地对物体内所关心的某一特定区域实现声束扫描, 成为解决可达性差和空间限制问题的有效手段。

在超声相控阵技术中, 可以直接分析得到的反射脉冲数据, 但是由于这种方法是仅仅根据反射波的状态判定被检查材料或部件中的缺陷的, 因此, 要达到定性定量的目的是很困难的[3]。超声成像技术中包括对检测方法的改进, 超声信号的处理以及图像的重建, 从而形成反映部件内部结构的超声图像[4]。所以, 将超声成像技术应用于超声相控阵探伤, 可以使检测结果以图像形式准确完整地体现出来, 可以为后续的利用数字图像技术实现自动判伤打下良好基础, 检测人员还可以自己根据图形特点方便地得出定性定量的结论, 这样将大大减轻探伤人员的负担并改善检测结果的正确性和可靠性。

1 超声相控阵成像技术

1.1 传统相控阵成像技术

传统相控阵技术利用的是脉冲反射的原理, 图1为传统相控阵的A扫成像原理, 具体来说, 可以分成相控阵发射、相控阵接收和数据显示。

如图1 (a) 所示, 相控阵发射时, 分别调整各个阵元发射信号的波形、幅度和相位延迟, 使各阵元发射的超声子波束在空间叠加合成, 形成发射声束聚焦和声束偏转效果。

图1 (b) 中, 相控阵接收时, 假设换能器发射的超声波在θ声束方向上的S处产生回波信号, 按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信号进行延时补偿, 然后进行信号叠加, 从而得到S位置的信号值As (t) 。

图1 (c) 中, 数据输出时, 如果将θ声束方向上的各位置的信号值Aθ (t) 作为纵坐标, 深度作为横坐标, 就可以画出A扫波形。

在A扫的基础上, 通过电子扫描可以生成传统相控阵的各种二维成像方式, 从而形成 B扫、C扫、S扫等[5]。

图2为常规相控阵技术B扫的成像原理图, 由图1 (a) 可知, B型的扫描依次以按相同聚焦律和延时律触发各组晶片[6], 从而得到扫查面上每条扫描线上的A扫数据Aθi (t) 。图2 (b) 为数据重构的原理, 即将多个A扫数据。图2 (b) 为数据重构的原理, 即将多个A扫数据组合成二维矩阵B, 以直角坐标方式将矩阵的数据进行像素表示, 便可形成整个扫查面的B扫图。

如图3为常规相控阵技术的S扫成像的原理, 与B扫稍微有些不同。S扫依次以按不同的聚焦律和延时律触发各组晶片, 使S型的扫描声束的角度依次等差变化, 从而得到扇形扫查面上每条扫描线上的A扫数据Aθi (t) , 然后将多个A扫数据结合起来可以形成二维矩阵S, 最后以极坐标的方式将矩阵S中的数据重构, 便可形成S扫图像。

图4 (a) 中的C扫是在B型扫描的基础上增加了一个机械轴, 从而获得整个扫查体积的三维数据A (x, y, z) 。图4 (b) 表示在 (x, y) 坐标固定时, z轴方向上的A型数据都只保留最大值, 便可得到C扫二维矩阵:C = Azmax (x, y) , 最后将这二维数据以像素的形式表示, 从而实现C型图像。

1.2 合成孔径聚集成像技术 (SAFT)

合成孔径聚焦技术就是用信号处理的方法使小尺寸 (孔径) 的换能器具有大孔径阵的指向特性的功能, 实现高分辨成像[7]。如图5所示, 采用换能器阵列, 各阵元作为点源发射, 照射整个物体接收来自物体各点的散射声信号, 然后根据像点的空间位置, 对各换能器接收的信号引入适当延迟, 最后只需把探头在各阵元上所得到的信号幅度相加, 就等价于物点被处理成聚焦点, 从而得到物点像素值。

在图6中画出了合成聚焦技术中的各个参数, 在焦点上超声波的束径d与声波波长λ、焦距F及探头尺寸D之间有: d=1.03λF/D, 因此波长λ越小, 频率越高, 探头的孔径越大, 检测的分辨率就越高[8]。

SAFT成像分辨率高, 能在近场工作, 并能实现三维成像。但是, 对每一个孔径点, SAFT需要采集和存储整个回波信号, 即全波采样, 其重建理论也比较复杂。无论对硬件和软件, SAFT成像系统要求都比较高。

1.3 抽样相控阵技术 (SPA)

图7为抽样相控阵技术基本原理[9], 其中7 (a) 中设相控阵中的某一个换能器单元i发出单个声束, 图7 (b) 表示i单元发出声波后, 所返回的超声回波信号要求每一个换能器单元都要进行捕获[10], 得到数据集合{Aij (t) , j=1, 2, …, N }。当所有的单元 (i=1, 2, …, N) 依次完成了发射和全部接收过程, 就可得到一完整的信息矩阵[11]Aij={Aij (t) } (i=1, 2, …, N ;j=1, 2, …, N) 。

因为换能器阵列的各个发射接收分量都可合成一个虚拟的点源, 这为在任何扫描角度下、任意聚焦点上的完整“扇扫”视图的重构提供了可能[12]。SPA方法中单个像素值的计算方法[13]如图8所示, 设发射晶片i和接收晶片j与像素O的距离分别为Li和Lj, 则利用 (Li+Lj) 以及超声波速v求出toij, 进而得到像素O的幅值在超声信号Aij (t) 中的聚焦分量Poij=aAij (toij) , a为信号转换系数。以此类推, 得到Mi={Aij (t) , j=1, 2, …, N }中对应的所有的聚焦分量Aij (toij) , 则像素O的幅值大小可表示为:undefined

从原理上讲, SPA技术允许数据重构技术的开发中, 一个无限的可能就是合成聚焦的应用, 尤其应用于在查询单元扫描时信息矩阵 (Aij) 的扩大, 可达到较大的组孔径并有利于相关检测[14]。对SAFT 算法的综合使用, 使SPA系统可以通过自动聚焦到物理边界 (近场) 内的图像的每个像素。

比起传统超声相控阵成像方法, SPA法有几个显著的优点, 首先, 当出现小的检测数据抽样错误时, 检测图像不会受到影响;其次, SPA技术可以使检测材料的死区 (或近表面区) 有效地减少[15], 如图9所示, 图9 (a) 为传统相控阵方法下检测图像, 可以看到在近表面检测区存在很大的干扰, 难以得出检测结果, 形成了近场死区;图9 (b) 为SPA方法下的检测图像, 可以看到干扰大大减少。最后, 利用SPA还可以显著提高检测速度。

2 结束语

在进行超声检测系统设计时, 一方面可以选择传统相控阵成像技术中的视图扫描方式来达到特定的显示效果, 比如利用B扫或S扫可以分别得到平行于声束的矩形或扇形截面图, 选择C扫可以获得垂直于声束的平面投影图;另一方面可以从成像原理出发采用较好的成像技术, 如可利用SAFT提高成像分辨率, 利用SPA技术可以提高检测速度并减少干扰。通过这两方面的改进, 可以更好地解决超声检测的速度限制、随机误差和判伤不便捷等等问题。

超声相控阵技术优势 篇3

关键词：相控阵超声检测,汽包,焊缝,应用,技术标准

1 研究背景及意义

在锅炉汽包的制造及其工艺管道的配管过程中, 为了便于汽水输送及仪表的安装, 会大量出现两个圆柱体正交或斜交相贯的情况, 对相贯线实施焊接所形成的焊缝就是角接接头焊缝。电站锅炉的汽包, 为避免强制对口和方便现场施工, 往往会被设计大量的管座角接接头, 此类角接接头形式多种多样, 受力状况比较复杂。由于管座与筒体的厚度相差很大, 角焊缝在焊接过程冷却速度较快, 容易出现未焊透、未熔合和裂纹等缺陷, 焊接质量难以保证。在锅炉启停和运行过程中, 瞬间的温度变化和运行工况的波动都会造成管座与筒体之间产生较大的温差, 由此产生较大的热应力, 从而导致原有焊接缺陷的扩展和热疲劳裂纹的形成、发展。

基于管座角焊缝的结构特点, 对这些角焊缝焊接质量进行有效的检测是质量控制的重要环节。现行的技术规范、标准对接管座熔化焊角焊缝的无损检测给出了要求, 但常规的超声波探伤无法对这些焊缝检测进行记录。同时, 由于大量开孔的原因和内构件几乎覆盖汽包一半空间以上, 在对汽包对接焊缝进行常规超声波探伤时所需要的锯齿型扫差面往往得不到很好的满足。因此, 寻找一种只沿焊缝扫查 (扫查面积小) , 并提供可纪录的、检测精度高、检测速度快、可重复性强、缺陷检出率高、检测成本低等的检测方法就显得意义重大, 相控阵超声检测恰好满足这一点。

2 超声相控阵基本原理

超声相控阵技术, 探头由若干个小压电元件 (晶片) 组成, 利用电路方法控制各阵元的触发时间来控制声波到达物体内某点的相位关系, 从而实现超声声束的合成和聚焦点的变换, 再通过电子扫描的方式实现缺陷的图像成像。

与常规的超声波检测技术相比, 超声相控阵检测具有以下优势:

(1) 检验速度快。它能够在探头不变的情况下对不同晶片组施加相同的聚焦法则, 通过改变起始激活晶片的位置, 使该声束沿晶片阵列方向前后移动, 以达到类似常规手动超声波检测探头前后移动的检测效果;

(2) 直观性强。超声相控阵检测结果具有B, C, S型三向可纪录实时显示方式, 通过不同色差的像素点的集合, 描绘出缺陷的水平位置、自身高度、埋藏深度和自身宽度等信息, 为缺陷的性质判断提供依据;

(3) 分辨率高。能利用成像技术展现给检测人员缺陷的内部情况, 对多个缺陷上下重叠、错略分布的情况均可较清楚的分辨;

(4) 定量精度高。由于相控阵声束为多晶片聚集而成的小截面声束, 同时能够在一定的扇形角度范围内获得逐度变化的多组图像, 能手动或自动调节聚焦的深度, 超声波相控阵能够针对埋藏深度不同能对缺陷进行比较精确的定位、定性、定量。

3 锅炉汽包的相控阵超声检测工艺

仪器采用汕头市超声仪器研究所有限公司产品SUPOR-32PT超声成像检测仪, 本文以壁厚分别为28和48mm、接管座壁厚为12mm的汽包为例, 参考GB/T32563-2016探头选用和探伤灵敏度设置等原则, 探讨常见的锅炉汽包管座角焊缝和筒体对接焊缝相控阵超声检测工艺。

3.1 锅炉汽包接管座角焊缝

3.1.1 汽包侧内或外壁扫查

探头选用5MHz, 32阵元探头, 利用二次波, 扇角为30°~70°。扫查方式如下:

插入式接管角焊缝可采用图1型式在汽包侧内或外壁采用S扫查, 在接管内壁采用E扫查;安放式接管角焊缝可在接管侧采用S扫查, 在筒体侧采用E扫查。管座角焊缝具体检测方法选择应由合同双方商定, 并应考虑主要检测对象和几何条件的限制。

3.1.2 汽包接管侧扫查

参考GB/T32563-2016探头选用原则, 汽包厚度为28mm的探头选用5MHz, 32阵元探头, 汽包厚度48mm的探头选用5MHz, 64阵元探头。采用0°线扫查, 扫查方式如下:

注:接管管径要足够大保证探头耦合效果好。沿着焊缝方向, 0°E扫描和一定倾角纵波检测是最好的检测方式。在允许的情况下, 应增加横波斜入射检测。

3.2 锅炉汽包对接焊缝

3.2.1 汽包侧内或外壁的扫查

探头选用4MHz, 32阵元探头, 利用一、二次波, 扇角为35°~70°。对薄板的对接焊缝应当从焊缝两侧进行检测, 在允许的情况下, 还应在焊缝表面检测。对于薄壁的部分, 如果探头的参数能满足整个检测截面, 单独的探头基准距对于线性扫描也是可行的。对厚板的对接焊缝应当从焊缝两侧进行检测, 在允许的情况下, 还应在焊缝表面检测。对于厚壁的部分的线形扫描, 为了保证检测截面100%扫查, 则需在焊缝双面进行检测, 或采用多个探头基准距和多个聚焦法则。扫查方式如下:

4 接管角焊缝检测工艺验证

采用以上工艺对模拟试块 (图5厚板厚度48mm, 插管厚度12mm) 进行检测, 依据NB/T47013.3-2005进行缺陷评级, 共发现3处缺陷, 对比情况见表一。

5 小结

从验证结果可看出, 与常规超声波检测相比, 相控阵不仅能够直观地显示缺陷的图像, 而且由于其探头的特性, 该技术在对锅炉汽包的管座角焊缝检测时可以不必大范围移动探头, 即使是汽包狭小空间也能对焊缝进行检测。同时利用一次波和二次波进行检测, 减少了劳动强度, 又提高了工作效率, 缺陷长度和深度跟接近模拟缺陷的位置和尺寸, 缺陷定位、定量准确。

参考文献

[1]GB/T 32563-2016无损检测超声检测相控阵超声检测方法

[2]李衍.超声相控阵技术[J].无损探伤, 2007, 08.

超声相控阵技术优势 篇4

压缩机叶轮是鼓风机组的重要组成部分,在服役过程中通过高速旋转将机械能转换为气体的内能与动能[1]。叶片是叶轮中的重要组成部分, 叶片在服役中承载着巨大的离心力、弯曲应力、振动应力等 交变载荷,易出现疲 劳裂纹与 冲蚀磨损[2,3]。对于冲蚀磨损这种宏观缺陷,利用目视法就能作出判断;对于叶片的表面裂纹,文献[4]利用荧光渗透检测法对高压涡轮叶片进行检测,能够清晰地显示出缺陷的位置;对于近表面缺陷,文献[5]在对汽轮机叶片工作状况进行分析的基础上,给出对叶片荧光磁粉探伤的检验措施,为叶片的质量检验提供了借鉴。Zenzingera等[6]基于脉冲涡流热成像检测技术,对航空发动机涡轮叶片和榫头上的裂纹进行检测,发现该技术对内部小缺陷具有较高的检测灵敏度。但是无论是渗透检测、磁粉检测还是涡流检测都仅限于检测叶片表面以及近表面缺陷,对其内部缺陷却无法检测。 射线检测虽然能够精确地检测出叶片内部的缺 陷[7,8,9],但检测成本较高,对人体有害。为了控制叶轮的质量,提高经济效益,必须选择正确的检测手段,及时检测出潜在的危险。超声波检测因具有灵敏度高、穿透能力强、分辨率高、检测速度快、 成本低、设备简单和对人体无害等一系列优点而被广泛应用。

1检测原理

1.1传统超声检测

传统的超声检测[10]多采用脉冲反射法。当工件完好时,超声波可以顺利传播到达底面,示波屏中显示端面回 波T和底面回 波B两个信号。 当工件中有缺陷时,示波屏中不但有表示端面回波T和底面回波B的脉冲信号,还有表示缺陷信号的脉冲回波F,如图1所示。根据缺陷回波的波形特点以及位置坐标可以判断缺陷的类型以及缺陷在工件中的位置。

1.2相控阵超声检测

1.2.1相控阵超声检测的原理

相控阵超声检测方法与常规超声检测方法的基本原理相同,均是利用换能器发射脉冲信号与缺陷相互作用,然后接收反射脉冲或者透射脉冲信号对工件进行损伤检测。不同于常规超声检测的是,相控阵超声换能器是由许多个晶片按照一定的几何形状和几何尺寸进行排列,每个晶片具有独立的通道,其信号的激发与接收通过计算机终端控制,通过改变激发晶片的延时率,能够控制每个发射信号的波形、幅度和相位,进而形成声束的偏转与聚焦[11]。

1.2.2相控阵超声检测的特点

(1)传统超声检测通常使用一个换能器产生超声波,其声束是固定的,改变声束必须更换超声换能器。相控阵换能器由许多形状规则的晶片按照一定的序列组成,通过电子系统控制每个阵元激发与接收超声波,实现声束的偏转与聚焦,在不更换超声换能器的情况下可产生不同 形式的声束,能够检测复杂形状的物体,克服了传统超声检测的一些局限性。

(2)传统超声检测时需要移动探头完成对工件的检测,相控阵换能器可以产生不同角度的声束,不移动或少移动探头就可完成工件的检测。

(3)相控阵超声检测能够实现自动扫查,能对工件的内部缺陷成像,具有较高的检测灵敏度以及信噪比。

1.2.3相控阵超声成像

相控阵超声成像是通过控制阵列换能器中各个阵元激励(或接收)脉冲的时间延迟来改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方位的变化,从而完成相控波束合成, 形成成像扫描线的技术。

相控阵超声成像通常有四种扫描情况。第一种是A扫描,显示的是换能器驻留在工件上某一位置时,沿传播方向的回波振幅分布。第二种是B扫描,显示的是与声束传播方向平行且与试件的测量表面垂直的截面上的回波信息,即显示的是工件的某一纵断面的声像。第三种是C扫描, 显示的是与声束传播方向垂直的样品横断面,就是被检测工件离探头所在表面一定距离的横断面的声学影像。第四种是S扫描,S扫描本质上是B扫描,在其基础上改变声束的传播角度,将不同角度的超声信号以扇形显示出来。

2叶根缺陷检测模拟

2.1检测位置分析

为了确定最佳检测位置,在叶轮的横截面处, 取一个类梯形区域进行分析,类梯形区域的形状如图2所示。根据横波的扫描范围可分为3个区域:A区域为完全扫描区;B区域为扫描盲区;而C区域为叶轮结构上的断层导致的横波无法传播的区域。

针对缺陷的位置,相控阵探头可以放置在轮盘上平面以及叶轮的内腔。利用声线模型分析声波在工件中的传播路径,据此设计了2种检测方案。方案1,如图3a所示,将相控阵探头连接在55°斜楔块上,由于被检工件要求偏转角度较大, 因此采用横波进行检测,声波在A区域能够对叶轮进行扫描,而在B区域和C区域由于 结构复杂,可能存在缺陷的漏检问题。方案2,如图3b所示,将相控阵探头连接厚25mm、曲率半径为68mm的凸形楔块(楔块一面贴合探头平面,另一面贴合叶轮内腔),采用纵波进行检测,声波在工件中传播时可以完全覆盖A、B区域,在C区域也能够对叶片根部进行检测,不存在漏检问题。

2.2楔块设计

探头放置在叶轮的内腔时,为了满足相控阵超声检测,必须设计楔块充当介质使声波入射到叶轮中,楔块厚度的设计原则为

叶轮的材料为FV520B钢,楔块的材料为有机玻璃,因此工件中的声波速度c2=5900m/s,楔块内的声波速度c1=2237m/s,工件内的检测深度h2=65mm。

根据上述参 数可以得 到楔块的 厚度h1= 25mm,实际制作的楔块其长a1=65mm、宽b1= 32mm、厚度h1=25mm、曲率半径p1=68mm。

2.3声波在叶轮中的传播

超声波在工件中的传播肉眼无法观察,为了对声波在工件中的传播有更加清晰的认识,以及对工件中声场分布情况的了解,利用Solidworks对叶轮模型进行简化,将模型导入CIVA软件后, 采用声线模型对声波在工件中的传播进行模拟, 如图4所示。由图4可以看出,声波垂直入射到轮盘以及叶片内部,部分声波与轮盘以及叶片相互作用后能够沿着入射路径返回,由于轮盘以及叶片的几何形状比较复杂,部分声波因反射、折射而造成能量损失。

2.4声束延时率的计算

相控阵探头的声场可以认为是探头中各个阵元在合适的延时率下发射声波的叠加,因此延时率的不同会影响声束的实际形状。

2.4.1偏转声束的延时率

图5所示为带楔块的偏转声束模型,图中,2a为晶片的宽度,d为晶片间隙,r为叶轮内腔半径, θ1为声波入射角,θ2为声波折射角,l1为声波在楔块中的声程,l2为声波在工件内的声程,Δl为相邻两晶片的声程差。声束偏转时,声波在楔块中的声程是相同的,入射到楔块与工件的界面处发生折射,折射后声波发生偏转,声波在固 -固界面与波阵面之间产生声程差。

第n个晶片相对于 第n -1个晶片的 声程差为

第n(n≥2)个晶片相对于第1个晶片的延迟时间为

2.4.2聚焦声束的延时率

单点聚焦声束延时率的特点是:从两侧到中间晶片的延迟时间逐渐增大,且在聚焦焦点两侧对称的晶片其延时相同。

图6为带楔块的聚焦声束。图中,R1n为第n个晶片在楔块中的声程,xn为第n个晶片的横坐标,R2n为其在工件中的声程,总的声程为两者之和。由Snell定理及其相互几何关系可得

因此第n个晶片发射声波到达焦点的传播时间为

记第一个晶片的延迟时间为t1,则第n(n≥ 1)个晶片的延迟时间为

利用CIVA软件对线性扫描、偏转扫描、聚焦扫描声束进行模拟,如图7所示,相控阵探头的频率设置为5MHz,每组16个晶片,分别采用线性扫描、偏转扫描、聚焦扫描的方式进行声束模拟, 其中偏转扫描的偏转角度为20°,聚焦扫描的聚焦深度为20mm。

在图7中可以看出,线性扫描与偏转扫描的声束相对聚焦声束来说比较发散,聚焦扫描声束比较集中,线性扫描声束与偏转扫描声束的区别在于声束角度不一样。三种声束的轴线声压如图8所示。

由图8可以看出,三种扫描方式形成的声束其声压均是先增大,到达一定峰值后开始减小,其中聚焦声束与线性扫描声束在30mm后的声压基本相等,而偏转声束在工件5mm厚度内的声压基本为零。从声压峰值来看,聚焦声束声压最大,偏转声束声压次之,线性扫描声压最小。可见, 线性扫描和聚焦扫描适合各个深度的缺陷检测, 而当缺陷在叶轮中的埋藏深度小于5mm(埋藏在轮盘中)或者缺陷为竖直方向时,不适合采用偏转扫描检测;当缺陷埋藏深度较深且为斜缺陷时, 适合用偏转声束进行检测。

2.5叶根缺陷相控阵超声模拟检测

在叶根处预 置内径D = 0.8 mm,长ld= 10mm的平底孔,如图9所示。部分声波在工件中传播遇到孔状缺陷发生反射,探头接收反射声波形成缺陷信号;另一部分声波在工件中继续传播。

由于预置的平底孔缺陷相较于检测位置来说埋藏较深,因此线性扫描与聚焦声束检测都适用。 利用CIVA软件进行检测模拟,分别设置探头参数与线性扫描声场和聚焦扫描声场模拟时参数保持一致,所得检测结果如图10所示。在图10a、图10b左侧可以清楚地看见缺陷检测模拟信号,比较两种不同扫描方式下缺陷的B显示图可以看出线性扫描时的缺陷信号比较发散,聚焦扫描时的缺陷信号比较集中。图10c为缺陷信号的射频信号图,可以看出聚焦扫描时的缺陷信号比线性扫描时强,因此实际检测中应当采用聚焦扫描进行检测。

3实验验证

利用电火花在叶轮的叶根处距离 内腔壁约20 mm的位置预 置同样的 平底孔。 利用MULTI2000相控阵超 声检测仪, 连接Olympus5L64A2型相控阵探头,当探头与55°斜楔块连接放置在叶轮轮盘端面对叶根缺陷进行检测时,如图11所示,探头很难完全放置在轮盘上。 设置声束偏转角度为60°,其他参数与偏转扫描声场模拟时一致,得到的检测结果如图12所示。探头放置在此位置时声波不能传播到叶根处,无法检出缺陷,此结果说明检测位置方案1不可行。

在不改变设备的情况下,将探头与设计的凸形楔块相连接,采用聚焦扫描进行检测,参数设置与缺陷检测模拟时一致。探头与楔块连接后在叶轮内腔放 置,如图13所示。检测结果 如图14所示。

根据图14中的显示结果,可以初步判断底部信号b为端面反射信号,信号a为缺陷信号。为了更加清楚地判断缺陷信号,取缺陷的A显示图, 如图15所示。

由图15可以看出在声程为0mm时有明显的回波,此处的信号为端面回波T,与图14中底部信号b对应;在声程为19.761mm时有一明显的较强回波信号,与图14中信号a相对应,根据预置缺陷的实际位置,可以判定此回波信号为缺陷信号F。缺陷的实际距离为20mm,与实际判断的位置相对误差仅为0.19%,检测误差较小。结合B显示图以及A显示图可以清晰地判断出缺陷的位置,从而为叶轮的缺陷检测提供了参考。

4总结