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超声相控阵技术检测和评价方法研究

刘晓睿  
【摘要】:超声相控阵与传统常规超声检测技术相比有诸多优点,目前国内尚没有超声相控阵技术检测和评价方法的相关标准规范,严重影响了该技术的普及和应用。本项目拟就超声相控阵技术应用检测工艺和技术进行理论分析计算和实验研究,在结合国内外应用案例的基础上制定出适合我国工业检测的超声相控阵技术检测的标准。 本文参考国外的有关标准和文献,设计相应的标准试块和焊接试板,利用CIVA仿真软件做相控阵技术理论分析和仿真计算,结合实际工件检测,对超声相控阵检测设备工艺性能参数评估和分析研究,不同参数进行超声相控阵检测并与常规超声的检测、射线检测结果做比较。 超声相控阵系统性能测试试验结果表明随着激发晶片数量的增加,超声相控阵系统的聚焦能力变好,聚焦深度范围变大,焦点尺寸变小。聚焦深度增加,聚焦尺寸也增加。楔块对聚焦能力的影响主要是声束偏转角度和声程,加装楔块时大部分近场区都在楔块中,工件中的近场区很小,偏转角度越小,工件中的近场区就越大。随着偏转角度的增大,聚焦能力变弱。改变晶片激发数量、偏转角度和聚焦深度等,对非偏转方向声束的扩散情况影响很小。当激发晶片数量小于等于16时,相控阵系统角度偏转能力较差,在晶片间距相同时,激发晶片数量越多,角度偏转能力越强,在相同的激发晶片数量下,较大间距探头角度偏转能力强。 超声相控阵系统性能的CIVA仿真结果和真实结果基本一致,变化规律相同。在激发晶片数量大于等于128时,在200mm的范围内无法形成一个可靠的有效聚焦范围。通过对接焊缝仿真试验可以发现,相控阵检测中,激发晶片数量并不是越多越好,较多的激发晶片数对较大厚度的工件有较好的检测效果。 从超声相控阵焊缝检测试验可以看出除对夹渣类缺陷相控阵检测的检出率略低于常规超声外,相控阵检测对缺陷的检出率整体情况略高于常规超声波检测,对其余类型的缺陷检出情况,相控阵均优于常规超声。对于气孔类点状缺陷,相控阵测长总体与射线测长相当,均大于常规超声测长;对于夹渣类缺陷相控阵测长远大于射线及常规超声;对于未熔合缺陷,常规超声及相控阵测长均小于射线测长;未焊透类缺陷三种方法测长情况相当;纵向裂纹相控阵、常规超声、射线检测测量长度递减。 本文的试验结果直接指导着相控阵标准关于仪器性能的要求以及检测工艺的制定,具有很高的可靠性、可重复性和实用性。


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