基于鋁板超聲△法的研究

1、基于鋁板超聲法的研究摘要: 對于板材焊接接頭常用的超聲檢測方法是脈沖反射法，而超聲反射法對于一些微小缺陷和垂直于入射面的面狀缺陷難于檢出，并且上下表面的缺陷有一定的盲區(qū)?；谶@些局限性，本文研究超聲散射法能夠很好的解決。由于超聲束近似球面散射，本文提出了一種散射模型為直發(fā)斜收異側(cè)，并對不同的缺陷散射情況進行了研究。試驗證明，采用超聲散射方法能夠容易識別微小缺陷和垂直于入射面的面狀缺陷。關(guān)鍵詞: 超聲散射；A掃波形圖；超聲成像中圖分類號: TG115.28: 文獻標志碼：A在一些特殊焊接方法中，如電子束、摩擦攪拌焊件中，容易出現(xiàn)一些微小缺陷，如釘尖、冷隔和凝固線等，而這些微小缺陷卻是造成焊接接頭

2、的最大危害。傳統(tǒng)的超聲脈沖反射法，由于入射波和反射波對缺陷取向有比較嚴格的要求，如果取向關(guān)系不理想，可能造成接收到的聲波能量較弱甚至接收不到回波信號，而造成漏檢【1】。利用超聲散射波在方向上“散開”的性質(zhì)，可以很好地解決接收聲波方向的問題。通過試驗發(fā)現(xiàn)，采用超聲散射方法檢測微小缺陷和垂直于入射面的面狀缺陷檢測效果非常好。1超聲散射檢測原理在無限均勻的彈性介質(zhì)中，彈性波以一定的速度沿著固定的方向傳播，但是當其遇到障礙物之后，彈性波的傳播路線就要改變【2】。我們將沿直線傳播的彈性波稱為入射波，當它遇到障礙物之后，將與障礙物發(fā)生作用，這種相互作用的結(jié)果使得障礙物表面上的任何一點，都可以看成是一個新的

3、波源【3】。把這些新的波源當成二次波源，它將向各個方向發(fā)出所謂“散射波”，并且散射波的能量較弱，利用這些近似球面輻射信號來發(fā)現(xiàn)缺陷。當遇到一些大缺陷時，散射波的方向具有一定的指向性，而遇到一些小缺陷時散射波的方向近似于扇狀分布。2 試樣設(shè)計及實驗方法2.1 試樣設(shè)計本文試樣材料采用的是厚4mm和8mm鋁材，在4mm鋁材上刻垂直表面分別深為1mm、1.5 mm 、2mm和3mm的槽, 在8mm鋁材打 0.8 mm和 0.4mm的側(cè)孔。2.2實驗方法超聲散射法檢測實驗中，缺陷作為二次波源將向各個方向發(fā)出散射波，缺陷信號可以從一系列不同方向接收到。本文設(shè)計了散射模型為直發(fā)斜收異側(cè)，來實現(xiàn)缺陷檢測，并

4、對不同的缺陷散射情況進行實驗。本實驗采用水浸法實現(xiàn)，由于散射原理和工件較薄的因素，探頭選用一對高分辨率縱波聚焦探頭，探頭中心頻率為10MHz。發(fā)射探頭垂直對著缺陷，接受探頭角度根據(jù)散射波信號來調(diào)整，以便接受缺陷部產(chǎn)生的較強散射能力。探頭水距根據(jù)探頭標稱焦距以及工件厚度的不同選擇。本次實驗主要先從手工實驗做起，來觀察A掃描信號，目的是為了找到合適的接受探頭的角度，有利于最大方便的識別出缺陷信號，為自動掃查做好前提準備。3 手工實驗結(jié)果與分析研究直發(fā)斜收異側(cè)散射情況時，難點是對A掃圖形中波形的識別。接收探頭接收角度不同時會有很多中波形的出現(xiàn)，這樣就造成了難于識別那個是散射信號波。因此，首先從簡單的

5、直發(fā)直收異側(cè)（穿透法）進行研究，這樣能更好的方便研究直發(fā)斜收異側(cè)散射情況。3.1 直發(fā)直收異側(cè)（穿透法）時A掃描波形圖結(jié)果與分析穿透法檢測4mm厚鋁材中，A掃描波形圖如圖（1）所示。第一個信號波為直達穿透波，第二個波為一次反射縱波，其比第一個信號波延遲t=1.27us，根據(jù)聲程和時間的關(guān)系： 。第三個信號波為前界面轉(zhuǎn)換的橫波，其比第二個信號波延遲t=0.7us，由于聲程和時間的關(guān)系為： 。第四個信號波為二次反射縱波，其比第二個信號波延遲t=1.27us，根據(jù)聲程和時間的關(guān)系： 。由于鋁的縱橫波聲速剛好在數(shù)量及上為2倍關(guān)系，所以后界面轉(zhuǎn)換的橫波剛好重疊到第四個信號波。后面的波較復雜不予考慮。圖（

6、1）穿透法A掃描波形3.2 直發(fā)斜收異側(cè)第一種A掃描散射波形圖結(jié)果與分析發(fā)射探頭對準完好處，接受探頭與垂直線偏移角度為10，距離發(fā)射聲軸9mm。5077PR上增益調(diào)為29dB、PRF為100、PULSER為200和TRA為10，把示波器上CH1調(diào)為500mv ,M為1.00 us。接受到直達波和其它的波形圖。如圖（2）a，在完好出時A掃波形圖。其中波形和圖（1）類似，掌握好接受探頭的距離和角度，使第一個信號波為類似直達穿透波。第二個信號波為一次反射縱波，比前一個延遲了t=1.27us。第三個信號波為前界面轉(zhuǎn)換的橫波，比前一個延遲了t=0.7us。第四個信號波為二次反射縱波，比第二個信號波延遲了

7、t=1.27us。發(fā)射探頭對準刻槽的地方，在直達穿透波和一次反射縱波之間出現(xiàn)一個信號波，這個波為缺陷散射波。散射原理圖中， 。在圖（2）b中缺陷散射波比直達穿透波延遲了t=880ns，根據(jù)聲程和時間的關(guān)系，缺陷深度為 ，則由三角關(guān)系的 ，直達穿透波與缺陷散射波之間的路程差為 ，所以 。同理在圖（2）c中缺陷散射波比直達穿透波延遲了 ，在圖（2）d中缺陷散射波比直達穿透波延遲了 。以上數(shù)據(jù)基本和實驗數(shù)據(jù)向吻合。（a）完好處b）深度1.5mm槽（c）深2mm槽 （d）深度3mm槽圖（2）4mm鋁第一種情況刻槽3種槽深度A掃描散射波形圖3.3 直發(fā)斜收異側(cè)第二種A掃描散射波形圖結(jié)果與分析發(fā)射探頭對準

8、完好處時，接受探頭與垂直線偏移角度為47，距離發(fā)射聲軸12mm。5077PR上增益調(diào)為25dB、PRF為100、PULSER為200和TRA為10，把示波器上CH1調(diào)為500mv ,M為1.00 us。，在完好處只接受到直達波波形圖。發(fā)射探頭對準刻了槽的地方，在直達穿透波后面出現(xiàn)的第二個波為缺陷散射信號波。分析方法和上面第一種情況相同，都是根據(jù)聲程和時間的關(guān)系來計算延遲時間。發(fā)射探頭對準側(cè)孔的地方，在直達穿透波后面出現(xiàn)的第二個波為缺陷散射信號波。4 實驗成像結(jié)果超聲散射第一種情況時對4mm鋁刻槽的掃描圖像。分別對應于完好處和垂直于入射面的1.5mm深度的刻槽圖像，很好的識別出來了。8mm鋁 0.4mm和 0.8mm側(cè)孔超聲掃描圖像圖，能夠很容易的識別出 0.4mm當量孔，也能很容易成出離表面只有1mm的 0.8mm當量孔，很好的克服了盲區(qū)的影響，達到了預期的效果。超聲散射第二種情況時對4mm鋁刻槽的掃描圖像。從圖像可以看出，通過改變接受探頭的角度，也是容易識別出缺陷。5 結(jié)論對幾種典型的缺陷進行了超聲散射方法和成像的研究。實驗表明，超聲散射法能夠清晰識別微小平底孔缺陷，對垂直于界面的缺陷也能容易的識別，且克服了盲區(qū)的問題。參考文獻1 鄭暉，林樹青. 超聲檢測.19頁. 2 王春霞,馬俊. 孔隙介質(zhì)柱面邊界上聲波散射的理論與數(shù)值研究. 吉林大學碩士論文.3 B.T. Cros