带凸面声透镜的相控阵超声检测技术

郭伟灿，缪存坚，杜兴吉, 滕国阳,宋 鑫

(1.浙江省特种设备科学研究院， 杭州 310020；2.浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室， 杭州 310020)

在接触法超声检测中，平面探头与平面工件耦合效果最好，凸面次之，凹面最差。这是因为凹面工件在进行检测时，探头两端与圆周曲面直接接触，其余区域是具有一定厚度的耦合剂，自两端向探头中心线按一定规律增厚，如φ10 mm的直探头在DN80的接管内壁进行检测时，探头中心线与接管内壁的耦合层厚度达0.6 mm，界面的耦合损失达30 dB[1]。为减少凹面工件界面的耦合损失对检测造成的不利影响，笔者设计了一种带凸面声透镜的相控阵超声技术，通过设置与工件表面曲率相匹配的凸面透声楔块，改善了平面探头与凹面工件的界面耦合效果，同时凸面声透镜在圆周方向上有一定的聚焦作用；通过合理设计凸面声透镜在圆周方向上的物理聚焦和沿轴向排列相控阵阵元的电子聚焦，可保证一定检测声程范围内的相控阵超声检测灵敏度。凸面声透镜可以很好地贴合于接管内表面，操作方便且耦合程度好，可以解决凹面检测时的界面耦合难题。笔者将带凸面声透镜的相控阵超声技术应用于承压设备插入式管座角焊缝的质量检测，解决了常规超声检测技术存在的曲界面超声耦合困难、声束扩散、轮廓回波导致缺陷信号识别难度大等问题。进行了CIVA声场仿真和现场检测试验，结果表明，相控阵超声技术可以在不更换探头的情况下，实现整个焊缝多角度、多方向的扫查和动态聚焦[2-3]，并结合实时成像技术，直观地显示缺陷的位置、分布、尺寸等信息。……