Page 61 - 无损检测2023年第三期

刘 柯, 等:

钛合金锻坯的相控阵超声自动检测

表1 10MHz探头( 14晶片) 有效声束覆盖范围

聚焦深度 / A 方向焦柱实 A 方向仿真焦 A 方向计算焦
mm 测长度 / mm 柱长度 / mm 柱长度 / mm
30 2.5~65 0~80 6~80
40 2.5~80 5~95 8~105
50 10~100 5~110 10~129
60 10~100 8~120 9~140

焦点宽度为 3~5mm , 仿真和计算结果也为 3~

5mm , 有效声束覆盖范围如表2所示。
表2 5MHz探头( 32晶片) 有效声束覆盖范围

晶聚焦深度 / A 方向焦柱实 A 方向仿真焦 A 方向计算焦
mm 测长度 / mm 柱长度 / mm 柱长度 / mm
120 40~200 60~200 78~204
150 80~225 90~250 90~268
180 80~260 90~320 101~338
220 100~300 100~350 116~410

4 检测方法讨论
图20 不同聚焦法则下 0.8mm 平底孔的 A 扫描信号

ϕ
通过比较声场仿真结果与理论计算结果发现,
两者的声场覆盖范围基本一致, 实际声场覆盖范围
略小于理论计算的范围, 但计算法得到的焦点位置
与实际测量得到的位置一致。因此, 可以首先通过
理论计算快速确定大致的声场覆盖范围, 再结合试
验较为精准地确定声束覆盖范围。

不同聚焦法则下 0.8mm 平底孔的 A 扫描信
ϕ
号如图20所示, 其中图20 ( a ) 为通道1聚焦深度为

40mm , 每组虚拟探头14晶片的检测结果, 图20 ( b ) 图21 160mm 厚钛合金试块超声动态扫描结果
为通道2 聚焦深度为 90mm , 每组虚拟探头 32 晶

片的检测结果。由图20可见, 静态条件下平底孔都

有较高的信噪比, 远远高于18dB 。
图21为利用理论计算与试块声束测量得到的工

艺参数, 对160mm 厚的钛合金试块进行超声动态扫
描的结果。根据声束宽度测量结果, 通道1的聚焦深

度为40mm , 通道2的聚焦深度为90mm , 扫查步进

为1.2mm , 其中埋深为3~130mm 的 1.2mm 平底

ϕ

图22 端部横通孔的 B扫描结果( 10MHz探头)
孔的检测灵敏度可达到有效检测灵敏度, 信噪比高于

ϕ 1.2mm-12dB , 端部直径为2mm 的横通孔也可

以分辨。图22为通道1的10MHz 探头对端部横通
孔的 B扫描结果, 可见, 在该检测参数下, 声束可在厚
度方向上实现较大范围的覆盖。
针对较厚的锻坯材料, 为了达到有效声束覆盖,
需要在晶片数量满足条件的情况下保证较长的焦

距。 图23为300mm 厚的钛合金物料的动态 C 扫

描结果, 图中的人工缺陷为 4 个埋深为 180 , 200 , 图23 厚度为300mm 钛合金物料的动态 C扫描结果
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2023年 第45卷 第3期
无损检测