超声相控阵系统的聚焦特性研究

文章参照ASTM E2491—2008标准,通过试验测试相控阵探头在不加装楔块以及加装横波斜楔块两种情况下声束在工件中的聚焦特性以及偏转特性。试验变换了激发晶片数量、聚焦深度以及偏转角度等参数设置,研究了这些参数对声束聚焦特性和偏转特性的影响。结果发现,相控阵声束仅能在近场区内聚焦,ASTM E2491—2008标准对角度偏转极限测试实际表征的是某种情况下的角度分辨力。     

无楔块条件下超声相控阵的聚焦特性测试

ASTM E2491—2008《相控阵超声波检查仪和系统工作特性评定指南》标准为相控阵设备的测试提供了指导性规定。文章根据ASTM E2491—2008标准,在无楔块情况下测试相控阵系统的聚焦能力,确定激发晶片数、聚焦深度等因素对系统聚焦能力的影响。试验采用标准规定的试块,试验激发的晶片数量为8,16和32个,设置的聚焦深度为10,30,50,100,150以及200mm。通过试验发现,在近场区内有明显的聚焦现象,而在近场区以外则无法聚焦;随着激发晶片数量的增加,相控阵系统的聚焦能力也随着增强;在近场区中,随着相控阵聚焦深度的增加,焦点尺寸逐渐增大。     

相控阵超声检测声场近场区长度的理论

相控阵超声检测技术可靠高效、无辐射,可应用于工业无损检测中。对于均匀各向同性材料工件,尤其是焊缝的相控阵超声检测,可采用超声斜入射脉冲横波扇形扫描检测的方法。探讨相控阵超声探头辐射不同偏转角度声场的近场区长度问题,进行了理论计算和仿真分析,发现焊缝检测中常用有机玻璃楔块角度为36.2°时,偏转角度越大,近场区长度越小。结果可为相控阵超声检测工艺设计和检测设备校准提供参考。     

核电混凝土相控阵超声检测的数值模拟分析

基于核电混凝土预设缺陷的相控阵超声检测试验,采用COMSOL软件进行模拟分析和模型的可靠性验证。采用验证后的模拟方法来研究不同相控阵阵列偏转角度和聚焦距离对超声检测的影响。结果表明,相控阵超声检测是一种有效的无损检测方法,COMSOL多物理场模拟软件能够正确模拟声束在缺陷混凝土中的传播规律;相控阵阵列采用不同的声束偏转角度和聚焦距离对检测结果有一定影响。该结论为混凝土检测用相控阵超声探头的工程设计提供了一定参考。     

高压管汇由壬导槽部缺陷超声相控阵检测研究

基于超声相控阵检测技术开展复杂由壬螺纹结构导槽部位缺陷检测研究。根据延时聚焦偏转法则使用MATLAB计算探头各晶片不同声束角度的激发延迟时间,在COMSOL Multiphysics中仿真分析刻槽缺陷的声学特性,得到相控阵检测参数。试制模拟对比试块开展实验,验证了超声相控阵检测技术用于由壬螺纹导槽部缺陷检测的可行性。     

超声相控阵角度偏转极限测试方法探讨

理论分析了ASTM E2491中对超声相控阵声束偏转极限角度的测试方法的实质,提出了相控阵声束偏转极限角度的声压下降的测试方法,并通过试验验证了所提方法的可行性,与理论吻合较好。     

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。     

三代核电反应堆压力容器进/出口接管安全端相控阵检测

相控阵检测技术可以通过一个探头实现角度连续变化的多角度扫查,适用于复杂工件的检测,具有改变声束角度、聚焦范围、焦点尺寸等特点,从而获得最高的检测灵敏度和信噪比,检测效率较高。本文通过试验优化了超声相控阵检测设备参数设置及聚焦法则参数设置,通过相控阵超声检测技术能够检出试块上所有的体积型及平面型人工反射体,检测灵敏度及信噪比良好,适用三代核电反应堆压力容器进出口接管安全端焊缝的检测。     

超声相控阵声束控制特性分析

超声相控阵技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位控制,获得灵活可控的合成波束,从而实现对整个检测对象的扫描。它具有可进行动态聚焦、可成像检测、可检测复杂形状物体等一些优点,近年来正成为国际无损检测领域的研究热点,并已经在医学和工业领域得到应用。在研究超声相控阵技术原理的基础上,建立了数字声束模型来分析线阵换能器参数对声束控制的影响,并用计算机软件进行仿真分析声束的偏转聚焦。通过这种方法,可以很清楚的了解超声相控阵声束控制特性。     

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。     

基于等声程聚焦算法的超声相控阵检测技术

超声相控阵技术通过对超声阵列换能器各阵元进行相位控制,能获得灵活可控的合成波束,进行动态聚焦、成像检测,能够提高检测灵敏度、分辨力和信噪比。在研究超声相控阵换能器声场的偏转和聚焦特性基础上,基于ASTM推荐试块与试验标准E2491—06,设计了等声程聚焦模型,并给出了扇形偏转非聚焦以及扇形偏转等声程聚焦的检测成像结果。试验结果表明,等声程聚焦算法有效地检出了材料中的缺陷,具有很好的分辨率和信噪比,能够比较真实地反映材料内部缺陷的相对位置和大小。     

Model-based simulation of focused beam fields produced by a phased array ultrasonic transducer in dissimilar metal welds

Phased array ultrasound testing (PAUT) can produce steerable and tightly focused ultrasonic beams, so it is widely used for detecting flaws. However, inspection of dissimilar metal welds (DMWs) using phased array ultrasound is not easy at all, since ultrasonic beams are skewed and distorted severely in the welds that are anisotropic and inhomogeneous elastic media. So, to increase focusing efficiency and have optimized conditions for inspecting the welds, quantitative prediction of phased array ultrasonic beams is needed. This paper proposes a modeling approach that includes modeling the grain orientation of the welds with buttering, calculating the ray path for the determination of focal laws, and applying the linear phasing multi-Gaussian beam model in order to focus the ultrasonic beams produced by a phased array transducer mounted on a wedge contacted to the interrogated DMW. This paper also presents an example of the model-based simulation of the focused beam fields produced in the DMW. The proposed model allows us to increase the focusing efficiency by accurately simulating the ultrasonic testing of welded components and to propose a new tool to associate welding design with the ultrasonic assessment of structural integrity.     

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。     

管道内检测的环形相控阵超声聚焦方法

针对管道内检测中相控阵超声聚焦的问题,分析了管道中环形相控阵超声辐射的超声波传播原理,建立了聚焦数学模型,计算了阵元间激励信号的延时;采用128阵元的换能器对直径为168 mm的管道进行试验,结果表明,环形相控阵超声的延时法则实现了不同工作阵元数量以及不同焦距条件时,声束在管壁中的聚焦.在工作区间内,一定数量的阵元可获...     

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...     

管道环缝相控阵超声探伤技术的应用——国外超声检测动态

介绍20世纪末国外相控阵超声探伤瓣技术在管道环焊缝检测上的成功应用。通过多压电元件相控阵探头纵向电子扫描和对管子的周向机械扫查，可对管道环焊缝作快速检验，为保证相控阵探头在主要性上等效于普通斜探头，用聚苯乙烯作楔块材料，用高分子聚合物作换能器材料，并用曲面声透镜改善探头在管子轴向和周向的声束特性。     

316L对接焊缝相控阵超声检测工艺模拟与试验验证

为解决中国聚变工程实验堆316L不锈钢焊缝超声波检测时,探头扫查空间受限、检测信噪比低的难题,提出了基于双晶面阵探头的相控阵超声检测方案.通过CIVA仿真,分析了不同聚焦参数下DMA探头的声场特征,确定对接接头的检测工艺.参考NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分:超声检测》附录I,设计并制作了对比试块,验证了检测工艺下的声束覆盖和φ2 mm侧横孔信噪比.结果表明,DMA探头可以在有限的扫查空间内实现焊缝声束全覆盖,对比试块中不同位置的φ2 mm侧横孔信噪比大于15 dB.试验结果可为316L类不锈钢对接焊缝相控阵超声检测工艺制定提供参考.