全聚焦相控陣技術(shù)5-場(chǎng)測(cè)量原理、應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

場(chǎng)測(cè)量的原理和應(yīng)用場(chǎng)測(cè)量的原理1全聚焦相控陣聲場(chǎng)中，超聲能量充斥于整個(gè)目標(biāo)區(qū)體積內(nèi)，且按一定規(guī)律分布。聲場(chǎng)中任何擾動(dòng)，或者說(shuō)目標(biāo)區(qū)內(nèi)形態(tài)的任何改變(例如出現(xiàn)缺陷)會(huì)使超聲能量的分布發(fā)生相應(yīng)改變，探頭接收的信號(hào)也會(huì)改變(捕捉到缺陷信息)，故提出場(chǎng)測(cè)量。場(chǎng)測(cè)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?yàn)槌Ｒ?guī)脈沖反射法超聲像一支手電筒，用光束去掃描檢測(cè)區(qū)域，必須知道何時(shí)光束指向何處；而全聚焦相控陣像太陽(yáng)光一樣籠罩檢測(cè)目標(biāo)區(qū)，無(wú)處不在。至于陽(yáng)光的強(qiáng)弱(能量分布不均勻)，可以通過(guò)場(chǎng)校準(zhǔn)解決。既然場(chǎng)測(cè)量不按以往基于A掃的規(guī)則進(jìn)行，所以也不需要A掃以及一切與A掃有關(guān)的術(shù)語(yǔ)，包括超聲路徑、信號(hào)時(shí)間、折射角，波束邊界角、波形、波高、底波、反射波、折射波、波形轉(zhuǎn)換波以及相關(guān)計(jì)算公式等。場(chǎng)測(cè)量的可行性和優(yōu)勢(shì)建立在全聚焦相控陣系統(tǒng)的獨(dú)特的信號(hào)發(fā)射和接收方式，獨(dú)特的聲場(chǎng)，獨(dú)特的目標(biāo)區(qū)細(xì)分聚焦方法以及信號(hào)處理方法等一系列技術(shù)基礎(chǔ)上。即通過(guò)大窗口長(zhǎng)時(shí)間接收保證獲取足夠能量和信息，通過(guò)海量信號(hào)的疊加平均處理獲得高信噪比信號(hào)，通過(guò)對(duì)細(xì)分的目標(biāo)區(qū)逐點(diǎn)聚焦實(shí)現(xiàn)檢測(cè)區(qū)域覆蓋和提高信號(hào)分辨率，使場(chǎng)測(cè)量具有很高的檢測(cè)靈敏度和可靠性。場(chǎng)測(cè)量過(guò)程2場(chǎng)測(cè)量過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是全聚焦相控陣檢測(cè)過(guò)程。全聚焦相控陣對(duì)焊縫的檢測(cè)步驟為：01校準(zhǔn)在試塊上按照?qǐng)鲂?zhǔn)規(guī)則完成校準(zhǔn)，不需要利用A掃。02檢測(cè)使用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的系統(tǒng)，按照?qǐng)鰷y(cè)量規(guī)則在工件上實(shí)施檢測(cè)，同樣不需要利用A掃?？山Y(jié)合圖6來(lái)理解用場(chǎng)測(cè)量進(jìn)行焊縫檢測(cè)的過(guò)程：圖6(a)所示是縱波斜射檢測(cè)焊縫的一般情況，探頭放在焊縫一側(cè)的適當(dāng)位置，聲束以某一角度穿過(guò)焊縫，用場(chǎng)的概念思考，認(rèn)為此時(shí)超聲能量充斥目標(biāo)區(qū)，即目標(biāo)區(qū)處處有超聲能量，通過(guò)從場(chǎng)中獲取的信號(hào)，能夠探知目標(biāo)區(qū)的狀況。圖6(b)的不同之處是焊縫中存在兩個(gè)缺陷，即氣孔和裂紋。缺陷的出現(xiàn)將改變目標(biāo)區(qū)聲場(chǎng)能量的分布狀態(tài)，探頭能檢測(cè)到這一改變，記錄和顯示這些缺陷。需要強(qiáng)調(diào)的是：目標(biāo)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)任何缺陷，都會(huì)引起聲場(chǎng)能量分布變化，只要信噪比和靈敏度足夠，就能被檢測(cè)出來(lái)。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(cè)，此裂紋無(wú)法被探測(cè)到，因?yàn)榘凑沾宋恢貌贾玫臋z測(cè)聲束的縱波、橫波、一次波、二次波都打不到它；但按照?qǐng)鰷y(cè)量理論，此裂紋能夠檢出！因?yàn)槟繕?biāo)區(qū)處處有超聲能量，該裂紋即使位置不佳，仍然會(huì)引起場(chǎng)能量分布變化從而被探測(cè)到。圖6

場(chǎng)測(cè)量過(guò)程圖示場(chǎng)測(cè)量的試驗(yàn)3通過(guò)多項(xiàng)試驗(yàn)證明場(chǎng)測(cè)量技術(shù)路線是可行的。如圖7(a)所示的試驗(yàn)間接證明全聚焦相控陣聲場(chǎng)比常規(guī)脈沖反射法聲場(chǎng)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(jìn)行測(cè)量，可同時(shí)獲得4個(gè)不同深度橫孔的回波信號(hào)，且相鄰孔信號(hào)幅度差不超過(guò)6dB；而同樣位置的脈沖反射法常規(guī)探頭只有1個(gè)孔回波信號(hào)出現(xiàn)，深度差10mm的相鄰孔信號(hào)波幅差達(dá)21dB。圖7(b)所示的試驗(yàn)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(yuǎn)，按照傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)是無(wú)法探測(cè)到上表面深度0.5mm刻槽的，但此試驗(yàn)證明該刻槽可以探測(cè)到，經(jīng)增益補(bǔ)償和信號(hào)處理后顯示的缺陷圖像非常清晰。從工程應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，全聚焦相控陣技術(shù)沒(méi)有上表面盲區(qū)。圖7全聚焦相控陣檢測(cè)試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用優(yōu)勢(shì)用“場(chǎng)”的概念理解檢測(cè)過(guò)程，以及用“場(chǎng)測(cè)量”和“場(chǎng)校準(zhǔn)”技術(shù)路線實(shí)施檢測(cè)的全聚焦相控陣系統(tǒng)，其應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)解決了全聚焦相控陣系統(tǒng)無(wú)法提供A掃信號(hào)顯示帶來(lái)的問(wèn)題。在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，不需要利用A掃信號(hào)。(2)簡(jiǎn)化了技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，包括系統(tǒng)校準(zhǔn)過(guò)程、工件掃查過(guò)程、數(shù)據(jù)評(píng)定過(guò)程、工藝編制過(guò)程，也簡(jiǎn)化了理論和實(shí)際操作培訓(xùn)過(guò)程。過(guò)程簡(jiǎn)化除了能大幅度提高效率外，也將減少人為失誤。(3)檢測(cè)速度大幅度提高。主要體現(xiàn)在以下3個(gè)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(yàn)證明對(duì)100mm厚度焊縫可不分區(qū)，一次掃查完成檢測(cè)；三是上表面缺陷的檢出效果較好，無(wú)須