厚壁筒形件内表面径向缺陷检测的超声聚焦技术

厚壁筒形件的周向超声检测过程中,超声波对内表面径向缺陷检测的灵敏度受到多种因素的影响。常规的超声检测技术存在灵敏度低、缺陷定位困难等难点;采用聚焦技术可提高检测的灵敏度,但横波接触聚焦法的检测范围受曲面和声场结构等因素限制。采用柔性超声相控阵聚焦技术,根据曲面形状设计聚焦法则,可以有效地解决厚壁筒形件径向缺陷超声检测的技术难题。试验结果表明:提出的柔性相控阵聚焦技术对厚壁筒形件内表面径向缺陷具有较高的检测信噪比。     

快速线性阵列超声波相控阵自动检测

基于超声波聚焦原理,提出借助声透镜实现线阵相控阵探头的二维聚焦的方法。通过声场模拟对比了普通线阵相控阵和改进型相控阵的声场分布;通过试验得到了上述两种手段对同一铜钢堆焊结构的C扫描检测图像,并将检测结果与常规单晶片点聚焦探头的检测结果进行了对比。理论分析和试验结果均显示,改进后的相控阵系统能够有效地使线性阵相控阵探头实现二维聚焦,其C扫描结果与常规单晶片探头的检测结果吻合良好;在保证检测准确性和可靠性的前提下,扫描效率也得到了显著的提升。     

基于超声相控阵技术的铝合金锻件无损检测研究

针对航空航天关键件所使用的2A14-T6铝合金锻件内部可能存在的不可预知的缺陷,开展基于超声相控阵技术的检测工艺及方法研究。通过合理布置相控阵探头的位置,选用合适的相控阵探头和扫查方式,试验发现超声相控阵检测技术可以对满足Φ2 mm当量的不同类型缺陷的检出。与常规超声检测方法相比,超声相控阵技术检测铝合金锻件有着更大的技术优势和应用前景。     

基于CIVA软件的全聚焦相控阵声场特性仿真

全聚焦相控阵是当前超声无损检测领域的研究热点,但其声场特性和检测工艺方面的研究较少。在CIVA仿真软件平台的基础上,开展了全聚焦相控阵的声场仿真计算与缺陷响应研究。采用相同激发参数和孔径的超声探头仿真常规超声声场和全聚焦相控阵声场,分析比对各自的声场特性。通过缺陷响应研究模拟全聚焦相控阵声场与横通孔之间的作用,并分析了全聚焦相控阵技术的检测能力。该研究工作有望为全聚焦相控阵探头的研发设计以及检测工艺的制定提供参考。     

火电厂环向对接接头超声检测曲面耦合补偿修正系数

为了解决火电厂环向对接接头超声检测时因工件曲率引起灵敏度损失的问题,对平面探头与曲面工件的接触情况进行了理论分析,并利用CSK-ⅡA试块与不同曲率和厚度的RB-C试块进行了灵敏度对比试验。结果表明:探头的频率、K值、晶片尺寸、耦合剂类型和工件的曲率半径均会影响超声检测灵敏度,且探头的晶片尺寸和工件的曲率半径是最主要的影响因素。曲面工件由于减小了与探头接触的有效面积,从而降低了缺陷回波声压透射率,引起了工件检测灵敏度的损失。通过试验研究得出了10种火电厂环向对接接头超声检测常用规格的RB-C试块的曲面耦合补偿修正系数。     

氢环境箱厚壁筒体的相控阵超声周向检测

针对氢环境箱厚壁筒体的外径内径比高达18.5,常规的周向超声检测技术存在灵敏度低、缺陷定位困难等问题。笔者提出了140 MPa氢环境箱厚壁筒体的相控阵超声周向检测技术,根据超声仿真软件CIVA对带曲面楔块的相控阵超声探头在厚壁筒体中产生的声场进行仿真研究,并加工带有人工缺陷的对比试块进行试验。结果表明:提出的相控阵超声周向检测技术对氢环境箱厚壁筒体的内外表面及内部缺陷均具有较高的检测灵敏度和检测精度。该技术已成功地应用于140MPa氢环境箱厚壁筒体的定期检验中。     

不同激活孔径和聚焦深度对相控阵超声横波检测灵敏度的影响

为探究相控阵超声检测过程中,激发晶片数、激活孔径和聚焦深度对检测灵敏度的影响,通过试验测定了3组激活孔径和不同聚焦深度下,一系列不同深度横通孔在55°横波下的检测灵敏度。研究了固定孔径条件下不同聚焦深度对灵敏度的影响以及固定孔深条件下不同激活孔径和聚焦深度与灵敏度的关系。试验结果表明,聚焦会提高焦点处的灵敏度,且大多数情况下有效晶片面积越大灵敏度越高,但越过焦点之后,相比未聚焦状态,灵敏度会下降得更快。因此在实际检测中,对不同的检测区域,应根据不同探头的声场能量分布选择合适的检测工艺,以得到更优化的检测效果。     

水-钢界面凸面相控阵声场仿真

采用凸面超声相控阵探头对管状设备进行内检测,针对水-钢二层介质的结构特征,理论分析了相控阵声场的聚焦性能。根据近场球面波束形成模型,按声束路径求得的延时时间作为各阵元的提前激发时间,设计了水-钢二层介质相控阵聚焦法则。利用CIVA软件对相控阵声场进行建模仿真研究,确定了阵元数目、阵元尺寸、超声波频率等相控阵探头参数。最后,根据优化后的相控阵参数研制了512大阵元数双层结构的圆环形探头,再通过带有人工缺陷的管状模拟试样进行检测试验。结果表明:提出的方法对腐蚀、气孔缺陷具有更好的检测灵敏度和效率,能够实现管状设备的腐蚀和埋藏缺陷的内检测。     

钢轨铝热焊焊缝的超声相控阵检测技术

常规超声方法检测钢轨铝热焊焊缝时,不同区域焊缝的检测需更换不同K值的探头,检测速度慢且由于光斑和灰斑等缺陷反射很弱,很容易造成漏检。超声相控阵声束具有可偏转和聚焦的特点,使得声波反射能量足够大且不用频繁更换探头。通过对含已知机械加工缺陷和未知自然缺陷的钢轨铝热焊焊缝试样进行检测,验证了超声相控阵方法检测铝热焊焊缝的可行性和有效性。通过与常规超声检测方法进行对比,得出超声相控阵检测钢轨铝热焊焊缝具有速度快、效率高、重现性好和检测结果直观等优点。     

双金属结合面缺陷的凸面相控阵超声检测

采用凸面相控阵探头检测双金属涡轮盘内部,根据小孔径涡轮盘结合面缺陷的结构特征、双金属涡轮盘的结构特点以及扩散焊工艺的连接特点等,首先在理论上分析了相控阵超声的声场特性,然后利用CIVA仿真软件设计了一种8阵元凸面相控阵换能器,通过选择合适的相控阵参数,有效地抑制了声束扩散,并在涡轮盘试块中获得了较好的聚焦效果。检测结果表明,设计的凸面相控阵超声探头能够实现对小孔径远距离的聚焦,聚焦效果良好,能对缺陷进行准确定位,检测精度可达1mm平底孔当量。     

动车组构架异型焊缝超声相控阵检测

分析了动车组构架部分需检测的结构特殊的焊缝,介绍了在动车组新制和检修构架中使用超声相控阵检测焊缝中裂纹、未熔合等缺陷的应用案例,详细叙述了检测方案的确定过程以及探头与楔块、发射晶片、角度范围、步进偏置等相关工艺参数的选定方法,且进行了方案可行性验证试验。结果表明,超声相控阵检测技术能实现对动车组构架异型焊缝的检测。     

曲面工件柔性线阵聚焦和仿真方法

铸锻焊变曲率工件在相控阵检测时,传统相控阵探头难以紧密贴合,需要制备多种型廓楔块来保证耦合质量,检测方法复杂、低效且成本较高。采用柔性相控阵检测技术可以较好解决上述问题,但还需要解决柔性相控阵聚焦法则和微小缺陷的检测能力评价等关键技术。首先,根据相控阵声学原理,提出柔性相控阵换能器的延迟聚焦法则;然后,采用有限元方法建立声场传播模型,验证延迟聚焦法则的正确性;最后,对带有预埋缺陷的曲面工件进行仿真试验。结果表明,柔性相控阵技术能够对曲面工件内部微小缺陷进行高效率、高精度无损检测。     

新型聚焦直探头和聚焦斜探头

本文叙述了超声检测用的新型结构聚焦直探头和聚焦斜探头的结构、性能和应用;不论是在纵波直声束,还是在横波斜声束的超声检测技术中,这种新型结构的聚焦直探头和聚焦斜探头都能产生非常窄而长的超声声束,并且灵敏度高、近场小;在探测、评价各种各样缺陷的位置、大小时,这种长焦柱小直径的声束是很有效的。     

超声相控阵技术的仿真试验

超声相控阵技术是一种先进的超声无损检测技术。超声相控阵技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行精确延时控制,获得灵活可控的合成波束,并可随意控制聚焦点的位置。利用仿真相控阵合成聚焦技术的方法,搭建了一个16阵元、超声信号发射、接收和处理试验系统。利用该系统对缺陷试块进行了检测试验,试验结果与实际试块缺陷情况吻合。通过对试块缺陷的检测试验,对比聚焦与不聚焦的检测效果,证明了相控阵合成聚焦技术可以极大地提高检测的信噪比和灵敏度,验证了相控阵聚焦可以提高检测能力。     

第四专题 超声检测中缺陷的定量

超声检测中缺陷的定量也是人们研究的一个热点。缺陷定量可分为小于晶片直径的缺陷定量和大于晶片直径的缺陷定量。前者包括当量试块直接比较法、底波高度百分比法、当量计算法和AVG曲线法。后者包括相对灵敏度测长法、绝对灵敏度测长法、极坐标作图法、包络线作图法和标准图形参照比较法等。除常规缺陷定量方法外,精确的缺陷定量多采用聚焦探头和各种声成象设备。     

大型转子锻件超声检澳技术的发展

目前,火力发电汽轮机和发电机大型转子锻件采用超声探伤。几十年前它们的探伤采用接触式直探头进行手工探伤．随着超声探伤能力的不断增强．断裂力学计算水平的提高．汽轮机运作和检测技术经验的积累,以及多角度检测的应用．设计工程师对检测方式提出了以下要求。确定缺陷大小,提高最小检测缺陷,引入角度扫描和发射／回收双晶扫描,以及采用现代化的自动探伤设备。基于这些改变．全球范围内开始应用基于模型来确定缺陷大小的技术（比如DGS曲线）,以及现代超声技术（比如相控阵）。     

300mm厚钛板的环阵相控阵检测

环阵相控阵探头因为其结构特点,在轴向上有非常好的聚焦性能,因此常用于大厚壁工件的超声检测。通过仿真设计定制了一款特殊的环阵相控阵探头,并提出了一种结合动态深度聚焦技术(DDF)的300mm厚钛板的分区检测方案以提升检测效果和提高检测效率。在用其对300mm厚钛板底面0.8mm的平底孔缺陷进行检测后得到了非常高的信噪比,验证了该方案的可行性。     

钢结构桥梁焊缝缺陷超声相控阵监测系统的研究

研制了针对钢结构桥梁焊缝缺陷扩展的超声相控阵监测系统。系统选用线阵密排式相控阵探头，通过计算优化了探头参数。设计了发射和接收电路，通过计算机控制实现探头各晶片阵元的延迟发射与接收。采用RS485和RS232总线实现检测数据的长距离传送。实验模拟和现场测试证明，该系统稳定可靠，有很高的实用价值。但该系统无法对长缺陷进行全面监测，可在此基础上进行二次开发。     

基于超声环阵相控阵的变孔径聚焦检测技术

超声相控阵检测技术在检测效率方面的优势,使其有望取代分区聚焦检测法而用于粉末高温合金盘件的缺陷检测。为了解决超声相控阵检测在焦点尺寸控制、灵敏度一致性和近表面分辨力等方面的问题,采用模拟试验和试验验证的手段研究粉末涡轮盘的超声相控阵检测技术,提出变孔径超声相控阵聚焦检测方法。结果表明:该方法可使检测灵敏度的一致性由5 dB优化至3 dB,近表面分辨力减小到3.2 mm;与传统的分区聚焦检测方法比较的结果表明,采用本方法具有与分区聚焦检测接近的缺陷检出能力,同时可将检测时间缩短至原来的1/4。     

圆钢相控阵超声漏检因素分析

介绍了圆钢全自动相控阵超声的设备结构及其主要技术参数,结合具体的相控阵探头参数,主要从聚焦法则、周向覆盖率、轴向覆盖率3个方面,对影响相控阵超声检测漏检的关键因素进行了分析,并且从聚焦法则、轴向分辨率、检测速度等参数的设置方面给出了具体解决措施,为相关人员理解相控阵、操作类似相控阵设备提供了经验参考,同时为产品实现无缺陷交货提供了理论依据。