[发明专利]一种基于相控阵技术的最大强度超声表面波的产生方法

说明书

本发明公开了一种基于相控阵技术的最大强度超声表面波的产生方法，包括以下步骤：1)超声相控阵仪器在线性扫描时，超声相控阵探头在相控阵透声楔块内激发的纵波入射角度为α，纵波会在相控阵透声楔块与工件之间的界面处变换为超声表面波，且超声表面波在工件上表面传播至工件右侧平面。将工件右侧平面的表面反射波的幅值调整至80％满屏时，记录此刻增益值A。2)通过超声相控阵仪器，在选择范围内调节相控阵透声楔块内的纵波入射角度α，并转至步骤2)，在该范围内寻找工件右侧平面的表面反射波幅值为80％满屏时的最小增益值A_min，此时系统产生的超声表面波为最大强度超声表面波。

技术领域

本发明属于声学换能器、声学测量及方法领域，涉及一种基于相控阵技术的最大强度超声表面波的产生方法。

背景技术

当超声波在半无限大固体介质上传播且介质的厚度大于波长时，在一定条件下会产生超声表面波。超声表面波使固体表面质点产生的复合振动轨迹是绕其平衡位置的椭圆，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。质点振幅的大小与材料的弹性及表面波的渗透深度有关，其振动能量随深度增加而迅速减弱。当超声表面波的渗透深度在接近1个波长时，质点的振幅已经很小了。当超声表面波在传播途中碰到棱边时，若棱边曲率半径R大于5倍波长，超声表面波可不受阻拦的完全通过。当R逐渐变小时，部分表面波能量被棱边反射。当R小于等于波长时，反射能量很大。在超声检测中利用这种反射特性来检测工件表面和近表面的缺陷。基于此原理，超声表面波可用于检测工件表面缺陷。例如，平坦形工件、弹簧、圆筒形工件、汽轮机转子R圆弧、叶片的表面缺陷检测。

在金属表面缺陷检测中，超声表面波的产生多来自于纵波波型变换。倾斜入射至界面上的纵波，当透声楔内入射角大于第二临界角α_Ⅱ时，在被检工件中既无纵波，也无横波，而是在透声楔与工件的界面上出现超声表面波，产生的入射角α应满足以下公式：

其中，C_L1表示透声楔中的纵波声速，C_S2表示工件中的横波声速。

考虑到缺陷当量大小、被检测工件形状、表面粗糙度、检测距离、材质声衰减等因素，为了获得较高的缺陷检出率，用于表面缺陷检测的超声表面波强度越大越好。

理论上可用公式(1)产生超声表面波，但是实际检测中，被检工件材质种类众多，工件纵波声速和超声表面波声速往往在公开资料上无法准确查到。按照传统思路，产生最大强度超声表面波需要制作多个不同物理倾斜角度的透声楔块进行超声表面波强度测试。但是在实际表面缺陷检测中，无法快速获得多个不同纵波入射角度的透声楔块。基于此，需开发出一种技术，基于超声相控阵技术原理，只需1个物理倾斜角度的相控阵透声楔块，通过超声相控阵仪器改变相控阵透声楔块内纵波入射角度，即可获得最大强度超声表面波。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种基于相控阵技术的最大强度超声表面波的产生方法，该方法仅需1个超声相控阵探头、1个相控阵透声楔块和超声相控阵仪器即可产生最大强度的超声表面波。

为达到上述目的，本发明所述的基于相控阵技术的最大强度超声表面波的产生方法包括以下步骤：

1)超声相控阵仪器在线性扫描时，超声相控阵探头在相控阵透声楔块内激发的纵波入射角度为α，纵波会在相控阵透声楔块与工件之间的界面处变换为超声表面波，且超声表面波在工件上表面传播至工件右侧平面，将工件右侧平面的表面反射波的幅值调整至80％满屏时，记录此刻增益值A；

2)通过超声相控阵仪器，在选择范围内调节相控阵透声楔块内的纵波入射角度α，并转至步骤1)，在该范围内寻找工件右侧平面的表面反射波幅值为80％满屏时的最小增益值A_min，此时系统产生的超声表面波为最大强度超声表面波。