第八讲 新技术 8.1 钢轨焊缝相控阵超声检测技术课件讲解

钢轨焊缝相控阵超声检测技术目录相控阵超声检测技术特点1相控阵超声基本原理2相控阵超声基本概念3相控阵探头楔块4钢轨焊缝相控阵超声检测技术特点01钢轨焊缝相控阵超声检测技术特点1采用相控阵超声检测技术，配套专业检测工艺对钢轨焊缝进行检测，有效提高检测效率，提升伤损检出率，减少探伤扫查及伤损判别时人为因素的影响。2检测效率：不需要复杂的扫查装置、不需要更换探头、不移动探头即可实现形状复杂工件所关心区域的检测高检出率：多方向多角度声束扫描，不同方位及取向的缺陷均能有效检出内置钢轨焊缝B型图像，辅助检测与缺陷识别，伤损判别直观、准确、快速相控阵超声基本原理022.1相控阵超声相控阵超声技术超声相控阵使用“超声”技术，即基本原理都是绕不开超声的基本原理，特别是脉冲反射法检测是超声相控阵最常用的检测方法。所以如果对于一个工件，无论使用何种常规超声检测技术，从原理上讲都无法检测的时候，那相控阵也极可能无能为力，所以相控阵技术不是“神”，它也有脆弱的一面；2.1相控阵超声相控阵超声技术超声相控阵“相控”，即需要通过对每个晶片的激发时间和激发次序的变化，来控制最终合成声束的方向和聚焦等特性。请注意，可以控制每个晶片的激发时间和激发次序是相控阵的核心价值；2.1相控阵超声相控阵超声技术超声相控阵“阵”，即阵列，多晶片排列是超声相控阵的另一大特点，即通过多晶片的排列组合来得到更大的覆盖面积和更多可能的变化。2.1相控阵超声相控阵超声技术2.1相控阵超声相控阵超声技术2.2相控阵声束的聚焦和偏转超声相控阵技术就是通过相控阵仪器控制多晶片的相控阵探头中晶片的激发时间和激发次序的变化，以实现声束的偏转和聚焦等相控阵特有的性能。2.2相控阵声束的聚焦和偏转通过探头晶片的延时控制，超声波传播的波束能量聚集在一点。聚焦通过探头晶片的延时控制，超声波传播的波阵面沿特定角度传播。偏转将聚焦和偏转法则组合可实现不同角度不同深度的聚焦和偏转扫描。聚焦+偏转相控阵超声基本概念033.1通道XX:YYY=同时可激发的最大晶片数:总共可以激发的最大晶片数，以“16:64通道”为例来说，其中的“16”即同时可以激发的最多晶片数量，而“64”指总共可以激发的最多晶片数量。3.2聚焦法则通过控制激发晶片数量，以及施加到每个晶片上的发射和接收延时，实现波束的偏转和聚焦的算法或相应程序。相控阵不同激发延时等效于不同形式的常规探头（直探头、斜探头），而当相控阵的激发晶片数量不同时，则可以等效于不同尺寸的常规探头。扇扫的聚焦法则数量=（最大角度-最小角度）/角度步距+13.3扇扫描也称为变角度扫描，一般以软件方式实现，用一定的延时法则，激发相控阵探头中的部分相邻或全部晶片，使激发晶片组形成的声束在设定的角度范围内以一定的步进值进行连续角度变换，其数据显示为每一个角度的波束A扫描图像通过延迟和角度校正形成的2D图像3.3扇扫描相控阵扇形扫描扇形扫查(S-Scan)：用特定的聚焦法则激发相控阵探头中的部分相邻或全部晶片，使激发晶片组形成的声束在设定的角度范围内以一定的步进值变换角度扫过扇形区域。角度范围：β=β1-β2声束总数：N角度步进：θ=β/(N-1)

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23.3扇扫描相控阵探头型号：2.5L16-1.0x10-C31-P-110-2.0-P2频率线阵阵元数阵元中心距阵元长度C31：C-探头类别：C线阵；31-外壳型号；P-线外皮PVC；110-线容量；2.0-线长度；P2-连接器型号相控阵探头楔块04相控阵探头楔块相控阵焊缝检测要用到楔块主要作用有两个辅助角度偏转保护探头相控阵探头楔块相控阵能够通过电子激发顺序和延迟进行角度偏转，但它偏转后的能量是随着角度的增加而下降的。也就是说，在偏转到一定程度的时候（比如70度以上），它虽然可以得到这样的声束，但其声束能量已经非常弱了，此时如果用这样一组声束进行实际的工件检测，则得到的信噪比会很差。所以在相控阵焊缝检测里面同样会需要使用楔块来进行“辅助”角度偏转。相控阵探头楔块轨头单1检测通道利用一次波检测除近表面外的轨头中部及下部区域，如a虚线框区域。检测时，探头放置在轨头踏面距离焊缝中心线45mm的位置，如图b所示。a检测区域b探头位置c扫查示意图轨腰单检测通道利用一次波检测轨腰及轨底三角区，如图a所示虚线框区域，同时该区域也是仪器扇扫图像观测区域。检测时，探头位置放置在轨头踏面距离焊缝中心线150mm位置，如图b所示。相控阵探头楔块a检测区域b探头位置c扫查示意图轨底单1检测通道利用一次及二次波覆盖检测轨底角区域，如图a所示虚线框区域，同时该区域也是仪器显示扇扫图像观测区域。检测时，探头位置放置在轨底斜面距离焊缝中心线40mm位置，如图b所示相控阵探头楔块a检测区域b探头位置c扫查示意图相控阵探头楔块提供直观的焊缝坡口图示辅助检测与缺陷判读。轨头扫查图像缺陷位于焊缝的位置一目了然，缺陷的位置/大小/幅度可直观显示。相控阵探头楔块无伤