Page 67 - 无损检测2021年第三期
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郭伟灿, 等:
带凸面声透镜的相控阵超声检测技术
图 3 凸面声透镜聚焦示意
f x ±f ) ( 7 )
/(
P x = tP 0
为顶点处入射波的声压; t 为声压透射率;
式中: P 0
f 为焦距; x 为从折射波源算起的距离。
2 相控阵超声的 CIVA 建模与仿真研究
针对 ϕ 89mm×6mm ( 直径 × 壁厚) 规格的管
座角焊缝, 按照式( 3 ),( 4 ) 的延时法则, 利用 CIVA
软件模拟带凸面透声楔块的相控阵探头在工件内部
形成的声场, CIVA 建模的详细参数如表 1 所示, 相
控阵超声轴向和周向声场聚焦的仿真结果如图 4 所
示, 其中轴向平面由于相控阵直接聚焦, 产生的声场
较强, 而周向声场则依靠上述楔块和曲面的耦合特
性获得了一定程度的聚焦, 可见所设置的检测参数
能使声束在试样内获得较好的聚焦效果。
表 1 CIVA 建模详细参数 图 4 相控阵超声轴向和周向声场聚焦仿真结果
项目 参数
传感器型号 5P64-1.0-10
激励阵元数 16
楔块材料 聚苯乙烯
楔块厚度 / mm 15
小径管规格 / mm ϕ 89×6 ( 直径 × 壁厚)
电子线垂直扫描( 焦距 20mm )
扫描类型
电子线偏转扫描( 角度 30° )
为研究带凸面楔块的相控阵探头对缺陷检测的
可靠性, 对表 1 中的相控阵探头和凸面楔块对人工
缺陷的反射声场进行建模分析, 相控阵晶片沿圆弧
曲面轴向布置。缺陷试样结构如图 5 所示, 其上表
面为曲率半径为 38.5mm 的圆弧凹面, 该试样共包
含有 3 处缺陷, 中间为 ϕ 5mm 的平底孔缺陷, 以模
拟未焊透 和 接 管 侧 的 未 熔 合 缺 陷; 左 边 为 倾 角 为
40° 的 ϕ 5 mm 圆盘, 以模拟容器侧的未熔合缺陷; 图 5 缺陷试样结构示意
右边为 ϕ 2mm×50mm 侧钻孔, 以模拟条状缺陷。 陷的 CIVA 声场仿真和波形幅值图像如图 6 所示。
如果不考虑焊缝与母材的声学特性差异, 建模分析 从图6 可以看出, 电子线垂直扫描结合30° 偏转扫描
中可用圆弧凹面试样代表管座角焊缝结构。人工缺 ( 30° 以 上 偏 转 纵 波 分 量 下 降 很 快, 且 容 易 产 生 栅
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2021 年 第 43 卷 第 3 期
无损检测
