相控阵超声换能器延时法则可视化分析

针对相控阵超声检测技术延时法则的直观性问题,采用数学建模方法,建立并分析研究二维、三维空间中相控阵超声换能器声束延时法则数学模型。同时建模分析凹凸曲面构件中的延时法则。通过可视化处理方法,得出相控阵超声换能器延时法则的直观量化结果,为选取相控阵检测技术的最优化工艺参数提供了理论依据。

带斜楔相控声束偏转聚焦延时特性研究

带斜楔的相控阵超声检测广泛应用于低碳钢薄壁工件焊缝的检测,研究带斜楔的相控阵超声偏转聚焦检测延时法则和对应的声场将使检测可靠性进一步提高。本文利用费马原理探究了相控阵超声探头辐射声波至楔块中,在楔块-工件平面界面发生模式转换入射到工件中的横波聚焦时各阵元延时的计算方法,数值求解指定焦点时各阵元的延时,并利用计算得到的延时进行声场仿真和实验测量,发现声波能很好的聚焦在目标点,仿真和实验结果吻合。

基于相控技术的钢板电磁超声检测方法

为了提高钢板中电磁超声回波信号,提出了一种基于相控技术的钢板电磁超声检测方法.研究了相控聚焦技术和钢板中电磁超声换能器的换能机理,通过多阵元组成激发换能器阵列,运用延时法使超声波在目标区等相位叠加,实现超声波聚焦,并在Q235钢板上采用分立式结构进行实验验证.结果表明:该方法有效弥补了收发换能器间声程差引起的相位偏移,激励电压一致时,658 mm处接收的回波信号幅值提高为中心换能器单独激发时的2倍;采用三阵元激励换能器阵列检测方法可实现缺陷处的超声波聚焦,520 mm处缺陷回波幅值提高为中心换能器单独激发时的1.83倍.

管道内检测的环形相控阵超声聚焦方法

针对管道内检测中相控阵超声聚焦的问题,分析了管道中环形相控阵超声辐射的超声波传播原理,建立了聚焦数学模型,计算了阵元间激励信号的延时;采用128阵元的换能器对直径为168mm的管道进行试验,结果表明,环形相控阵超声的延时法则实现了不同工作阵元数量以及不同焦距条件时,声束在管壁中的聚焦。在工作区间内,一定数量的阵元可获得良好的聚焦效果。

考虑声衰减和声频散的聚乙烯超声相控阵缺陷检测仿真模型

聚乙烯(PE)具有声衰减和声频散特性,复合频率超声在PE中传播时,信号频谱向低频方向移动导致波形发生畸变。目前PE超声相控阵检测采用固定的群速度设计延时法则,未考虑波形畸变的影响,当检测深度较大时,聚焦的焦柱直径大,检测信噪比低。在理想波动方程的基础上,考虑声衰减和声频散的影响,提出将复合频率超声信号分解为多个单频信号的数值处理方法,计算并叠加各单频信号的传播规律,建立复合频率超声信号传播模型。利用该模型进行超声相控阵缺陷检测的有限元模拟,结果表明,当模型考虑PE声衰减和声频散特性时,模拟结果与试验检测结果更接近,焦点所在深度的孔洞缺陷信号幅值偏差为11.77%。为验证模型有效,考虑复合频率超声信号传播的群速度随检测深度变化规律,改进超声相控阵检测的延时聚焦法则,并应用于大壁厚PE管超声相控阵检测。检测结果表明,聚焦区域的内壁面回波信号增强了5.1%,非聚焦区域的缺陷信号增强6.1%。