焊接接头相控阵检测初探(3)

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1.4 本章小结

本章的主要内容是：

1. 简要介绍了选题的背景以及研究意义，指出相控阵技术的主要应用等。

2. 介绍了当前国内外对相控阵技术的研究程度，尤其是相控阵检测的研究进展。

3. 指出本次课题主要的内容及研究任务

2 超声检测基本原理

2.1传统超声波检测原理及特点

超声波检测也叫超声检测，Ultrasonic Testing缩写UT，超声波探伤，是五种常规无损检测方法的一种。无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验不见的表面和内部质量进行检查的一种检测手段，Nondestructive Testing（缩写NDT）。当今国内有关的超声波检测标准为JB/T4730.3，GB/T11345-1989。论文网

超声波探伤是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法[13]。

脉冲反射法在垂直探伤时用纵波，在斜射探伤时用横波。脉冲反射法有纵波探伤和横波探伤。在超声波仪器示波屏上，以横坐标代表声波的传播时间，以纵坐标表示回波信号幅度。对于同一均匀介质，脉冲波的传播时间与声程成正比。因此可由缺陷回波信号的出现判断缺陷的存在；又可由回波信号出现的位置来确定缺陷距探测面的距离，实现缺陷定位；通过回波幅度来判断缺陷的当量大小。

脉冲反射法是超声检测中应用最为广泛的一种方法,其基本原理是将一定频率的脉冲波通过耦合剂耦合传入工件,当遇到异质界面(缺陷或工件底面)时,超声波发生反射,通过接收到的反射回波来判断缺陷的有无以及缺陷的定性和定量评定根据回波方式的不同,可分为A型显示，B型显示，C型显示和3D显示。本课题中主要采用脉冲反射法实现四种材料焊缝的超声A扫[10]。

图2.1.1为接触式脉冲反射法A型显示示意图，当工件中无缺陷时,示波屏上只显示发射脉冲T和工件底面回波B两个信号;当工件中存在缺陷时,底面回波前会出现缺陷的回波F，显示屏上横坐标反映声波的传播时间,即声波传播的距离的大小,由此可实现对缺陷的定位分析;纵坐标代表反射波幅值的大小,在一定程度上反映了反射回波能量的大小,声能与缺陷的大小形状有一定的联系,因此由波幅的高低可以实现缺陷的定量分析。A型显示的缺点是只能判断缺陷的存在与否及深度位置,对于缺陷的大小及分布不能直观地显示,缺陷的性质也一般需要通过检测人员的经验来判断。[15]

常规超声技术和相控阵技术检测复杂工件的比较

图2.1.1 接触式脉冲反射法A型显示示意图

2.2 超声波相控阵检测原理及特点

相控阵理论根源可以追溯到最早的波场（机械波、电磁波）理论，众所周知的应用是相控阵雷达，由于采用相控阵技术，在对探测目的特征成像方面的优势，如分辨力、电子控制空间场扫描、设备紧凑可靠等等，是不言而喻的；几乎与相控阵雷达相同的年代，科学家同样认识到将同样的技术原理应用到超声波无损检测中的可行性，因此在2060 年代探索研究就已经开始；在1979 年，Macovski 的一篇著作发表在IEEE，完整地阐述了使用传感器阵列实现超声波成像的理论，在20 世纪80 年代初，超声波相控阵技术成功应用于医疗临床诊断。由于检测目的明确，材料声速较低（相当于水），技术的突破容易实现。这就是熟知的B 超，乃至后来的彩超，就系统的主要性能参数而言，如频率范围，典型的为1 MHz 到20 MHz，就工业应用要求已经不远。但最初，系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展，系统的硬件成本越来越低，这为相控阵超声检测广泛应用于工业生产提供了可能性。1993 年，NDT 公司加入加拿大R/D Tech 公司，并同时推出第一台商业系统，致力于在核工业应用领域推广所拥有的两项专长技术：超声波相控阵和涡流阵列；1997 年，R/D Tech 成功开发了动态深度聚焦技术，以及超声波数据采集处理专用软件TomoView，其中TomoView 运行在Windows 兼容操作系统环境下，数据存储格式RDTIFF 可以存储包括标准超声波、超声波相控阵和电磁超声的检测结果和数据分析结果，实现了真正的检测数据无损失保存[18]。文献综述