Page 106 - 无损检测2024年第十期
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王善鸿：
机车轮辋缺陷相控阵超声检测的 POD 分析
轮辋周向缺陷UT和PAUT检测的POD模拟 3.2 径向缺陷POD
结果如表 1 所示，可见采用UT检测和PAUT检测 （1）模型建立
φ2 mm平底孔当量缺陷时的P OD 和P OD（95%） 均能达 目前机车轮辋径向缺陷对比人工缺陷一般为
100%。对于φ1. 5 mm和φ1 mm平底孔当量缺陷， 25 mm×4 mm（长×高）的人工刻槽，POD模拟仿
PAUT检测的P OD 和P OD（95%） 仍然能够达到 100%。 真缺陷采用轴向长度为25 mm，深度为0. 5~5 mm
对于φ1. 5 mm平底孔当量缺陷，UT检出率虽然仍 的6种不同尺寸的面积型缺陷。机车轮辋径向缺陷
为100%，但P OD（95%） 开始降低。对于φ1 mm平底孔 与周向缺陷类似，也多发生在近表面，径向缺陷仿真
模型中缺陷数量-深度分布曲线如图6所示，可见由
当量缺陷，UT检测的P OD 为61%， P OD（95%） 也降低至
浅到深的缺陷数量呈指数降低。
49%。UT检测的a90/95为1. 223 mm，PAUT检测
的a90/95 为 0. 775 mm。在φ1 mm孔附近，PAUT
检测的POD曲线上升斜率更大，对更小尺寸缺陷的
检出率，PAUT检测明显高于UT检测。
表1 轮辋周向缺陷的POD模拟结果对比
模拟结果/%
缺陷尺寸/mm 参数
UT PAUT
100 100
P OD 图 6 径向缺陷仿真模型中缺陷数量 - 深度分布曲线
2
100 100
P OD（95%）
真实径向缺陷可能带有一定取向，设置缺陷在
100 100
P OD
1.5 径向方向的偏转范围为朝探头方向偏转10°， 在轴向
99 100
P OD（95%）
61 100 方向的角度偏转范围约为±10°， 服从正太分布，缺
P OD
1
49 100
P OD（95%） 陷的数量-取向分布曲线如图7所示。
图 7 仿真模型中径向缺陷的数量 - 取向分布曲线
机车轮辋径向缺陷采用斜探头检测，仿真时UT 25 mm×4 mm 和 25 mm×2 mm（长 度 × 高 度）当
探头采用频率为2 MHz的单晶70°斜探头，PAUT探 量缺陷采用UT检测和PAUT检测的P OD 和P OD（95%）
头采用频率为5 MHz的线阵 16 晶片横波 45°探头。 均能够达到99%以上；对于缺陷高度在1 mm以下
探头设置在滚动圆位置，进行单向扫查以检测径向 缺陷，PAUT检测的P OD 和P OD（95%） 逐渐高于UT检
缺陷。UT探头仅有70°声束；PAUT探头可以实现 测，对于25 mm×0. 5 mm当量缺陷，PAUT检测的
声束偏转，设置了65°~75°（步进为2. 2°）共5个角 P OD 为 90%， P OD（95%） 为 79%，而UT检测时两者分
度进行检测。 别为 79%和 65%。UT检测的a90/95 为 0. 95 mm，
（2） POD计算 PAUT检测时a90/95 为 0. 877 mm。缺陷高度在
分别采用UT和PAUT对120组模拟样本进行 1 mm附近时，PAUT检测的POD曲线上升斜率更
检测。机车轮辋径向缺陷检出阈值线同样为φ3 mm 大，对更小尺寸缺陷的检出率，PAUT检测明显高于
SDH（横通孔） -12 dB，以φ3 mm SDH -26 dB作 UT检测。
为噪声水平，结果如图8所示，红色曲线为POD计
4 结论
算结果，蓝色曲线为95%置信度下限。
轮辋径向缺陷的POD模拟结果如表 2 所示。 机车轮辋周向缺陷通常起源于踏面以下10 mm
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2024 年 第 46 卷 第 10 期
无损检测
