Page 62 - 无损检测2022年第十一期

宋泽宇, 等:

缺陷的多模式全聚焦三维重构

冗余模式可得 3 种直接模式、 8 种半跨模式和 10 种 2.1 缺陷二维扇扫图像
全跨模式, 共 21 种模式。由于声波返回楔块时模式 因焊 缝 余 高 存 在, 楔 块 前 端 紧 贴 焊 缝 边 缘 移
转换产生的路径差异较小, 上述分类未考虑楔块中 动, 为增大显示范围, 使用常规 PAUT 中的扇扫模
模式转换带来的路径差异, 认为楔块中的回波均为 式对焊缝区域进行成像, 图 4 为沿焊缝延伸方向,

纵波。 在 y 依次 为 11 , 24 , 31 mm 截 面 处 缺 陷 的 扇 扫 图
1.3 图像融合方法 像, 在 y=24mm 处缺陷反射信号最强, 缺陷下端

用 1.1 节所述方法能得到直接模式路径的解析 显示距离超过板厚, 可判定该缺陷为二次波发现;
解, 而半跨越和全跨越模式的路径更为复杂, 为简便 另外, 在 扇 扫 图 像 中, 缺 陷 形 状 显 示 为 狭 长 椭 圆
计算, 基于费马原理, 以所有可能路径中的最短声传 形, 原因为: ① 扇 扫 角 度 过 大 缺 陷 形 状 存 在 畸 变;
( , ② 成像分 辨 率 较 低, 缺 陷 轮 廓 细 节 无 法 展 现。 因
播时间来近似获得对应模式的聚焦点延时t i j x m
) 。对所有模式相同聚焦点波幅的绝对值求和 此可见, PAUT 扇 扫 成 像 虽 能 够 快 速 发 现 并 定 位
[ 8 ]
z n
) 为 缺陷, 但受自身分辨率和聚焦范围的限制, 对缺陷
得到多模式融合图像, 每个聚焦点的强度( I sum
P 定量和定性评价较为困难。
p
p
I sum x m z n = ∑ I ( t i j x m z n ( 12 )
( , ))
( , )
p=1
式中: 为某单一模式, P 为模式总数。
p
这种图像波幅绝对值叠加的方式可理解为不考
虑各模式相位信息的求和 [ 9 ] 。
2 试验及结果
碳钢焊板厚度为 30 mm , 预 埋 有 一 个 夹 渣 缺

陷, 焊缝宽度为 25mm 。信号激励和捕获设备为中
科院声学所研制的 UT-studio32 / 128 型相控阵超声

检测系统, 其最大重复频率为 20kHz , 通讯采用底

层只传协议, 速度实际可达 50 MB , 适用于多通道
原始 数 据 快 速 上 传 ( 做 后 续 分 析 )。 该 仪 器 配 套
PAUT 成像软件与 FMC 数据采集软件, 多模式全
聚焦成像及缺陷的三维重构通过编写 MATLAB 程 图 4 焊缝不同截面处缺陷的扇扫图像
序实现。一维线阵探头( 型号为 2.5L32-1.0×13 ) 2.2 缺陷多模式成像

中心频 率 为 2.5 MHz , 阵 元 数 为 32 , 阵 元 间 距 为
利用 y=24mm 处采得的 FMC 数据进行多模
0.1mm , 阵 元 宽 度 和 长 度 分 别 为 0.9 mm 和 式成像, 以最大幅值的 -6~-40dB 为范围进行色

13mm , 楔块角度为 35° 。以阵列下边界中心 点 为 差显示, 结果如图 5 所示, 图中红色虚线为焊板底面

原点, 建立如图 3 所示的坐标系, 灰色区域为焊缝, 位置, 黑色边框为焊缝横截面, 是后续缺陷三维重构
探头 沿 y 方 向 平 移 扫 查, 以 缺 陷 信 号 出 现 ( 为
y
的有效区域。
0mm ) 到消失( 为 35mm ) 区间为缺陷延伸范围, 由图 5 可见, 多模式成像对探头布置情况、 缺陷
y

成像间隔为 1mm 。 位置、 缺陷形态具有敏感性, 能从多角度反映缺陷形
态, 对于具有一定走向性的缺陷, 总会存在一种模式
能够相对反映更丰富、 较明显的缺陷特征, 其余部分
模式能够反映其他入射声场角度下较弱的缺陷散射
信息。对比 21 种模式中的声像强度, 其中 T-T 模
式捕捉到的缺陷图像具有最高强度; TT-T , TL-T ,
LT-T 等模式同样也能显示缺陷信息, 如 LT-T 模
式显示的缺陷图像强度虽然弱于 T-T 模式的图像
图 3 焊缝检测示意
强度, 但反映出缺陷存在另一种走向的散射面。

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2022 年 第 44 卷 第 11 期

无损检测