Page 55 - 无损检测2025年第三期
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王红源，等：
基于相控阵超声衍射波成像的球罐厚壁结构内部缺陷的定量检测
1.2 定位定量检测机理
相控阵超声衍射法定位定量原理示意如图4所
示[图中(x ， y )为缺陷的上端衍射波坐标；(x ， y )
U
L
U
L
为下端衍射波坐标]。反射波和入射波呈一定夹角，
探头极难接收到反射波，而衍射波的信号和方向性
较弱，探头在一定的位置范围内可接收到窄槽衍射
波。因此，为了去除缺陷反射波的干扰，可通过移动
探头位置（接收方向）避免接收反射波信号。
图 5 试块结构与探头布置示意
3 检测结果分析
3.1 -6 dB反射波定位定量检测方法
在位置 2 处对窄槽a、b进行扇扫成像，聚焦深
度分别为20，30，35 mm，增益为21 dB，检测结果如
图6所示。由图6可知，聚焦深度为20 mm时，扇扫
图 4 相控阵超声衍射法定位定量原理示意
图可显示窄槽a、b的反射波图像，由于在窄槽a上聚
根据衍射波图像在扇扫图像中的坐标可计算缺 焦，故窄槽a的幅度高，窄槽b的幅度低；聚焦深度为
陷的埋深d和尺寸l，计算公式为 30 mm时，可显示窄槽a、b的反射波扇扫图像且幅
d =y U +(y L -y U )/2 （12） 度相差不大；聚焦深度为35 mm时，窄槽a的检测信
号变弱且畸变较大。由于窄槽的反射波指向性强，
l = ( L -y y U 2 + ( ) L -x U ) x 2 （13） 在位置1的检测过程中并未发现竖直窄槽A、B的反
射波信号。
2 检测系统及试验方法
采用−6 dB幅度法对30°窄槽进行定位定量检
为了进一步分析相控阵超声衍射波定位定量方 测，结果如表1所示。由表1可见，测量精度与聚焦
法的可行性与准确性，开展检测试验。试验用相控 深度相关，聚焦深度为20 mm时，窄槽a的测长相对
阵探头中心频率为5 MHz，阵元数量为32，阵元间距 误差最小，为−7. 0%；聚焦深度为30 mm时，可兼
为0. 5 mm，阵元尺寸为0. 5 mm×10 mm，有机玻璃 顾窄槽a和b的测量，测长误差分别为− 11. 4%和
楔块角度为38°，扇扫角度为20°~70°，扫查线角度步 −6. 0%；聚焦深度为35 mm时，窄槽a测长相对误
进为0. 2°。检测试块材料为球罐用钢材，纵波声速为 差为− 52. 2%，窄槽b测长相对误差为− 11. 6%。
5 890 m/s，横波声速为3 240 m/s，试块尺寸（长× 因此，在焦距调整到缺陷所在深度时可获得较高的
宽 × 高）为 305 mm×60 mm×45 mm。在距试块 检测精度，反之检测精度变差。
左边缘 100 mm 处加工两个深度为 5 mm，长度为 3.2 衍射波时差定位定量检测
5 mm，宽度为 0. 3 mm 的竖直窄槽 A 和 B，方向与 平面型缺陷上下两端部的衍射波图像相互分
检测面呈 90°；在试块另一侧相同位置加工同样尺 离，可能被误认为两个分离的缺陷，应结合反射波
寸的窄槽a、b，方向与检测面呈30°；俯视面为检测 图像进一步判定。具体方法为：调整探头位置直至
面，与前视面和后视面垂直，位置1和2分别为靠近 扇扫图像上呈现窄槽缺陷的反射波图像，该图像若
竖直窄槽和斜窄槽的检测位置，当探头置于位置 1 连续则认为缺陷为连续缺陷，继续朝远离窄槽的方
和 2 进行检测时，窄槽中心距检测面的实际埋深分 向移动探头，在对应反射波的位置上找到由窄槽端
别为 21，33 mm，试块结构与探头布置示意如图 5 部衍射形成的相互分离的衍射波图像。将相控阵探
所示。 头分别布置在位置1和2处对窄槽进行检测，聚焦深
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2025 年 第 47 卷 第 3 期
无损检测
