全聚焦相控陣技術5-場測量原理、應用及優(yōu)勢

場測量的原理和應用場測量的原理1全聚焦相控陣聲場中，超聲能量充斥于整個目標區(qū)體積內(nèi)，且按一定規(guī)律分布。聲場中任何擾動，或者說目標區(qū)內(nèi)形態(tài)的任何改變(例如出現(xiàn)缺陷)會使超聲能量的分布發(fā)生相應改變，探頭接收的信號也會改變(捕捉到缺陷信息)，故提出場測量。場測量不需要像以往常規(guī)脈沖反射法那樣知曉波束指向，波束中心線路徑和邊界角位置，這是因為常規(guī)脈沖反射法超聲像一支手電筒，用光束去掃描檢測區(qū)域，必須知道何時光束指向何處；而全聚焦相控陣像太陽光一樣籠罩檢測目標區(qū)，無處不在。至于陽光的強弱(能量分布不均勻)，可以通過場校準解決。既然場測量不按以往基于A掃的規(guī)則進行，所以也不需要A掃以及一切與A掃有關的術語，包括超聲路徑、信號時間、折射角，波束邊界角、波形、波高、底波、反射波、折射波、波形轉換波以及相關計算公式等。場測量的可行性和優(yōu)勢建立在全聚焦相控陣系統(tǒng)的獨特的信號發(fā)射和接收方式，獨特的聲場，獨特的目標區(qū)細分聚焦方法以及信號處理方法等一系列技術基礎上。即通過大窗口長時間接收保證獲取足夠能量和信息，通過海量信號的疊加平均處理獲得高信噪比信號，通過對細分的目標區(qū)逐點聚焦實現(xiàn)檢測區(qū)域覆蓋和提高信號分辨率，使場測量具有很高的檢測靈敏度和可靠性。場測量過程2場測量過程實質上就是全聚焦相控陣檢測過程。全聚焦相控陣對焊縫的檢測步驟為：01校準在試塊上按照場校準規(guī)則完成校準，不需要利用A掃。02檢測使用經(jīng)過校準的系統(tǒng)，按照場測量規(guī)則在工件上實施檢測，同樣不需要利用A掃。可結合圖6來理解用場測量進行焊縫檢測的過程：圖6(a)所示是縱波斜射檢測焊縫的一般情況，探頭放在焊縫一側的適當位置，聲束以某一角度穿過焊縫，用場的概念思考，認為此時超聲能量充斥目標區(qū)，即目標區(qū)處處有超聲能量，通過從場中獲取的信號，能夠探知目標區(qū)的狀況。圖6(b)的不同之處是焊縫中存在兩個缺陷，即氣孔和裂紋。缺陷的出現(xiàn)將改變目標區(qū)聲場能量的分布狀態(tài)，探頭能檢測到這一改變，記錄和顯示這些缺陷。需要強調(diào)的是：目標區(qū)內(nèi)出現(xiàn)任何缺陷，都會引起聲場能量分布變化，只要信噪比和靈敏度足夠，就能被檢測出來。圖6(c)中，有一條裂紋處于焊縫上表面的熱影響區(qū)，按照傳統(tǒng)方法檢測，此裂紋無法被探測到，因為按照此位置布置的檢測聲束的縱波、橫波、一次波、二次波都打不到它；但按照場測量理論，此裂紋能夠檢出！因為目標區(qū)處處有超聲能量，該裂紋即使位置不佳，仍然會引起場能量分布變化從而被探測到。圖6

場測量過程圖示場測量的試驗3通過多項試驗證明場測量技術路線是可行的。如圖7(a)所示的試驗間接證明全聚焦相控陣聲場比常規(guī)脈沖反射法聲場的聲壓分布均勻，且全聚焦相控陣探頭波束更寬。將全聚焦相控陣探頭放在試塊上的固定位置進行測量，可同時獲得4個不同深度橫孔的回波信號，且相鄰孔信號幅度差不超過6dB；而同樣位置的脈沖反射法常規(guī)探頭只有1個孔回波信號出現(xiàn)，深度差10mm的相鄰孔信號波幅差達21dB。圖7(b)所示的試驗證明全聚焦相控陣可檢出上表面缺陷。使用折射角55°探頭，探頭前沿距離刻槽40mm遠，按照傳統(tǒng)認識是無法探測到上表面深度0.5mm刻槽的，但此試驗證明該刻槽可以探測到，經(jīng)增益補償和信號處理后顯示的缺陷圖像非常清晰。從工程應用角度來說，全聚焦相控陣技術沒有上表面盲區(qū)。圖7全聚焦相控陣檢測試驗場測量應用優(yōu)勢用“場”的概念理解檢測過程，以及用“場測量”和“場校準”技術路線實施檢測的全聚焦相控陣系統(tǒng)，其應用具有以下優(yōu)勢：(1)解決了全聚焦相控陣系統(tǒng)無法提供A掃信號顯示帶來的問題。在技術應用過程中，不需要利用A掃信號。(2)簡化了技術應用過程，包括系統(tǒng)校準過程、工件掃查過程、數(shù)據(jù)評定過程、工藝編制過程，也簡化了理論和實際操作培訓過程。過程簡化除了能大幅度提高效率外，也將減少人為失誤。(3)檢測速度大幅度提高。主要體現(xiàn)在以下3個方面：一是用沿線掃查代替鋸齒掃查，發(fā)現(xiàn)缺陷不需要尋找最高波；二是能夠覆蓋更大的深度范圍，初步試驗證明對100mm厚度焊縫可不分區(qū)，一次掃查完成檢測；三是上表面缺陷的檢出效果較好，無須