[发明专利]超声相控阵探头探伤前的总聚焦法则确定方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种用于大厚度被检测零件高灵敏度探伤的超声相控阵探头探伤前的总聚焦法则确定方法。

背景技术

相控阵技术是一种新型超声检测技术。该技术采用多个晶片，以电子技术变换声束焦点位置替代多个不同焦距的普通探头，并结合分区扫查手段，以提高超声波束一次检测能力、检测精度和检测效率。超声相控阵探头的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示。通过合理设置不同晶片的激发方式（即改变聚焦法则），一个相控阵探头相当于多个普通探头的组合，通过计算机软件可进行探头参数和特性的动态调整以满足检测的需要。基于相控阵技术的动态深度聚焦（DDF）是提高检测信噪比和小缺陷检测能力的重要手段。该技术在脉冲发射阶段，采用单点聚焦的脉冲激励方式，在被检材料中获得聚焦的发射声场；在脉冲的接收阶段利用不同的聚焦法则使接收声场依次聚焦于不同深度，由于聚焦法则的切换速度非常快（纳秒级），因此可近似看成在整个深度范围内都具有聚焦效果。（可参考《相控阵超声成像检测》，施克仁，高等教育出版社，2010年）

在超声相控阵检测中，总聚焦法则是核心参数，它控制着探头中各个晶片激励和接收脉冲的时间，通过改变聚焦法则，可以使探头完成包括聚焦发射、聚焦接收和多深度同时扫描在内的各种复杂功能。聚焦法则设计是否合理直接关系着相控阵检测的效果。

未检索到有关超声相控阵探头探伤前的总聚焦法则确定方法的公开文献。

发明内容

本发明的目的是：提出一种超声相控阵探头探伤前的总聚焦法则确定方法，以便利用超声相控阵探头对大厚度零件进行高灵敏度探伤，实现对被检测零件内部微小缺陷的高信噪比检测。

本发明的技术方案是：超声相控阵探头探伤前的总聚焦法则确定方法，基于一个环阵超声相控阵探头、一个超声相控阵探伤仪、一个探伤水槽和14个具有人工缺陷的对比试块，对比试块是一个金属圆柱体，对比试块的材质和被检测零件的材质相同，在每个对比试块的一个端面的中心有一个作为人工缺陷的垂直盲孔，垂直盲孔的孔底为平面，对比试块上垂直盲孔的孔底到对比试块另一个端面的距离如下：第一对比试块为3mm、第二对比试块为6mm、第三对比试块为13mm、第四对比试块为19mm、第五对比试块为25mm、第六对比试块为31mm、第七对比试块为38mm、第八对比试块为44mm、第九对比试块为51mm、第十对比试块为57mm、第十一对比试块为63mm、第十二对比试块为70mm、第十三对比试块为76mm、第十四对比试块为82mm，将上述距离称为缺陷埋深，垂直盲孔的孔径D=0.4mm～2mm，垂直盲孔的深度h=5mm～15mm，还基于一台控制计算机；其特征在于，聚焦设置的步骤是：

1、仪器连接和准备：将环阵超声相控阵探头的线缆接到超声相控阵探伤仪上的相应接口上，将所有的对比试块按照缺陷的深度尺寸顺序、孔底朝下浸没于探伤水槽中，使对比试块的上表面保持水平，将环阵超声相控阵探头安装在探伤夹具上，将超声相控阵探伤仪通过USB通讯线与控制计算机连接，打开计算机和超声相控阵探伤仪；将环阵超声相控阵探头浸没于探伤水槽中，置于任意一个对比试块的正上方，使环阵超声相控阵探头与对比试块上表面之间的距离为55mm～65mm，调整探伤夹具，使环阵超声相控阵探头的轴线垂直于对比试块表面；

2、通过控制计算机设置分聚焦法则：

2.1、将对比试块分区：将对比试块按缺陷埋深分为7个区，第一分区的对比试块为第一对比试块和第二对比试块；

第二分区的对比试块为第二对比试块和第三对比试块；

第三分区的对比试块为第三对比试块和第四对比试块；

第四分区的对比试块为第四对比试块、第五对比试块和第六对比试块；

第五分区的对比试块为第六对比试块、第七对比试块和第八对比试块；

第六分区的对比试块为第八对比试块至第十一对比试块；

第七分区的对比试块为第十一对比试块至第十四对比试块；

2.2、完成每个分区的分聚焦法则设置：

2.2.1、设置每个分区使用的晶片数：第一分区和第二分区使用的晶片数均为4个，第三分区使用的晶片数为6个，第四分区使用的晶片数为8个，第五分区使用的晶片数为10个，第六分区使用的晶片数为12个，第七分区使用的晶片数为14个；