Page 70 - 无损检测2022年第四期

宋双官,等:
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

如图 1 所示, 图中 Z B 为焦柱起点; F Z 为聚焦区; Z E
为焦柱终点; D 为晶片直径。有研究 表明, 焦距越
接近近场区长度, 该区域声场能量越均匀, 其聚焦效
果越差。

图 2 不同偏转角度下的声场分布

图 1 焦柱结构示意
在实际工作中, 先根据待检测之后工件的情况
和可能产生的缺陷确定检测方法, 再选择合适的探
头并设置正确的焦点是制定检测工艺的重要环节。
因此, 选择的激活孔径和焦点位置是否能保证检测
系统在所关注的区域内拥有足够的灵敏度, 是重要
的步骤。 图 3 相控阵纵波检测中不同偏转角度下声压与声程的关系
现在的相控阵超声设备都具有 TCG ( 时间校正 也有学者研究了相控阵超声横波检测中声束聚
增益) 补偿功能, 可将不同深度的灵敏度补偿一致, 焦对检测的影响。图 4 所示为 5L64-A12 探头在使
但是一方面补偿的总增益是有限的; 另一方面在灵 用 SA12-N55S 楔块时, 45° 折射横波在不同深度聚
敏度较低的区域进行增益补偿, 提高缺陷信号波幅 焦时的灵敏度仿真结果 [ 2 ] 。但该研究主要集中在定
的同时也会提高噪声信号波幅, 并不能改善信噪比。 位和测量缺陷尺寸方面, 并未对不同孔径和聚焦深
因此为了优化检测工艺, 提高缺陷检出率, 还是应该 度下检测的绝对灵敏度进行比较, 因此笔者在这个
对整个检测区域的灵敏度情况有所了解。因此笔者 方面进行了尝试。
通过试验测定了不同激活孔径和聚焦深度下, 不同
深度横通孔在 55° 横波下的检测灵敏度, 探究这些 2 试验方案
因素对相控阵超声横波检测灵敏度的影响。 2.1 试验设备

( 1 )主机: 奥林巴斯 OmniScanX332128PR 型。
1 研究背景
( 2 )使 用 了 如 下 两 个 A32 探 头: ① 型 号 为
相控阵超声检测时聚焦深度及激活孔径对检 5L64-A32 , 频率为 5 MHz , 64 晶片, 晶片中心距为

测灵敏度 影 响 的 相 关 研 究 更 多 集 中 在 纵 波 方 面。 0.5mm , 次轴方向长度为 10mm ; ② 型号为 5L32-

不同偏转 角 度 下 的 声 场 分 布 如 图 2 所 示, 相 控 阵 A32 , 频率为 5MHz , 32 晶片, 晶片中心距为1mm ,

超声纵波检测不同偏转角度下声压与声程的关系 次轴方向长度为 10mm 。

如图 3 所示 [ 1 ] 。 ( 3 )楔块: SA32-N55S 楔块。

图 4 相控阵超声横波检测灵敏度仿真结果

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2022 年 第 44 卷 第 4 期
无损检测