Page 75 - 无损检测2023年第四期

严欣贤, 等:

钢管斜向缺陷的相控阵超声检测参数

依据声波折射理论有

sin β 1 sin β 2
= ( 5 )
c 水 c 钢
式中: 为探头倾斜入射声线在倾斜入射平面内产
β 2
生的折射角。
在图2的BMLN 中, 有

tan α 2= tan β 2×cosθ ( 6 )
为相控阵探头的倾斜入射角。
式中: α 2
根据图3 , 在三角形OBL 中, 依据正弦定理有

sin α 2 sinα 2+ω 1
= ( 7 )
r r+ t
为折射声线与内壁接触点处的斜向缺陷与
式中: ω 1
水平面的投影角。
根据图2 , 3 , 在折射声线与内壁接触处, 斜向缺
陷的水平投影关系为

tanθ
tan φ= ( 8 )
cosω 1
式中: θ 为内壁斜向角度在内壁接触点处时在ADC
平面的投影角。
从几何关系可以看出, 利用横波检测且当入射点 图4 给定工件相控阵探头偏置距离、 探头偏转角和
固定), 随着相控阵偏转角γ 增大, 斜
位置一定时( α 1 内外壁斜向缺陷之间的关系
向的投影角 θ 会增大, 因此当偏距一定时, 斜向缺陷 控阵探头声线偏转角度相差不大。

的角度随相控阵探头偏转角度的增大而增大。 较小的斜向缺陷角度, 其对应的探头偏转距离
2.2 外部斜向刻槽检测 较大, 相控阵探头的偏转角度较小; 较大的斜向缺陷
探头的声束经过内壁反射后, 入射到外部, 可对 角度, 其对应的探头偏转距离较小, 相控阵探头的偏
外壁的斜向缺陷进行检测。根据图 2 , 3 , 其内壁反 转角度较大。
射平面与入射平面为同一平面, 因此外壁斜向角度 对于给定角度的斜向缺陷, 若斜向缺陷角度为
在 ADC 平面的投影角不变, 有 20°~70° , 在调试上可以选取中间探头偏转值, 使其

tanθ 从最小偏距移动到最大偏距; 发现缺陷时, 确定对
tan ψ= ( 9 )
应的探头偏转值, 然后调整探头偏转值, 以找到最
cos2ω 1
联立式( 1 ) ~ ( 9 ), 对于给定工件, 可以得出给 佳灵敏度; 若斜向缺陷角度小于 20° , 在调试时可
定的入射点偏移距、 相控阵探头的偏转角度和工 以选取中间探头偏转较小值( 5°~10° ), 使其从最

件斜向缺陷之间的关系。对于外径 177.8mm , 壁 大偏距移动到最小偏距, 在发现缺陷时, 确定对应

厚9.19mm 的钢管, 当相控阵探头的偏距为22mm 的探头偏转值, 然后适当调整探头偏转值, 以找到
时, 相控阵探头偏置距离、 相控阵偏转角和内外壁斜 最佳灵敏度。
向缺陷角度之间的关系如图4所示。
由图4可知: 对于任意特定的斜向缺陷角度( 图 3 相控阵斜向缺陷检测试验
中为不同高度的水平面), 其对应的相控阵探头的偏 为了验证上述理论, 加工了试验用样管。样管

距变化不大( 从图形上看变化小于 7mm ), 对应的 规格及对应的斜向缺陷角度如图5所示, 样件刻槽
相控阵探头偏转角度变化较大( 从图上看变化角度
缺陷参数如表1所示。
一般超过20° )。 表1 样件刻槽缺陷参数 mm
相同的斜向缺陷, 在同一偏距下, 外壁缺陷对应 缺陷类型 缺陷参数
的声线偏转角度小于内壁缺陷对应的声线偏转角 内、 外壁纵向刻槽 25×0.45×0.2 ( 长×深×宽)
度; 壁厚相对外径较小时, 内外壁斜向缺陷对应的相 内、 外壁斜向刻槽 25×0.45×0.5 ( 长×深×宽)

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2023年 第45卷 第4期
无损检测