水浸检测系统平探头与聚焦探头对GH738检测结果的影响分析工艺探讨—论文.doc.doc

水浸检测系统平探头与聚焦探头对GH738检测结果的影响分析 刘路1 范兴义 罗顺明 (1.中航检测安大分中心 安顺 561000) 摘要： GH738材料因具有性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。Analysis of the effect of flat probe and focused probe on GH738 detection in water immersion test system Liu Lu (1.AVIC Anda Testing Centre,Co,Ltd AnShun 561000) Abstract:Because of the excellent performance, GH738 materials has become the key material of gas turbine engine. But the ultrasonic testing often will find a single display and the loss of the wave is serious. Now the author adopts the 5MHz flat probe and 5 MHz focused probe to test GH738 material, through the analysis of the data, we can get a correct rejection / received conclusion on the material. Keywords: GH738 material Ultrasonic testing Flat probe and focused probe 0前言 随着科技的发展、质量检测要求的提高以及水浸超声检测的普及，分析水浸检测系统换能器对检测结果的影响非常必要。 水浸法检测是将探头和试件全部或部分浸于水中，以水作为耦合剂，声波通过水进入试件进行检测的技术。图1为水浸法直射声束纵波检测的示意图。 图1水浸法直射声束纵波检测的示意图 水浸检测法通过运用聚焦声束的模式实现高灵敏度、高分辨率的检测要求，并且拥有比接触法更小的检测盲区以及更可靠的检测结果，避免了人为因素的检测影响，完成了自动化的检测。 当下鉴于GH738材料经常出现的底波损失严重，检测频率必须为5MHz。现采用5MHz平探头与5MHz聚焦探头来对GH738材料进行底波检测和缺陷评定，并进行数据分析，从而可以有针对性的对GH738检测反映出来的问题进行相应的探头选择提供可靠性参考。 1 检测原理 水浸平探头相当于可在水中使用的纵波直探头，用于水浸法检测。 在水浸平探头前加上声透镜则可产生聚焦声束，成为聚焦探头（如图2）。聚焦使声束在某一深度范围内直径变窄，声强增高，可提高局部区域的检测灵敏度与信噪比和横向分辨力，在C扫描检测中可以提高图像分辨率。 图2 聚焦探头与平探头声场示意图 如图2所示，其中D为晶片直径，R为聚焦透镜半径,F为焦距，L为焦程长度。在普通非聚焦探头的声场中，声束宽度约为换能器直径，且随着距离的增大逐渐加宽。由于声束穿过的多晶结构基体材料体积较大，声波遇到的散射体数量较多，相应引起散射噪声也较大，对于反射幅度较低的小缺陷，就会造成信噪比不足。而带有聚焦透镜的探头，由于透镜的聚焦作用，使焦点附近能量高度集中，因此，在焦区内可使小缺陷检测灵敏度提高，同时，由于声束变窄也使声场内组织散射信号减少，从而提高了检测信噪比。但是，聚焦探头高灵敏度范围有限，在聚焦区之外灵敏度和信噪比仍会变得很低。 聚焦探头能量较集中的聚焦声场主要由焦柱长度Ｌ和焦点直径∮两个参数决定，分别如式（１）和（２）表示： Ｌ ＝４λ(F/D)2 …………………………………（1） ∮＝λF/D …………………………………（2） 式中：λ为超声波波长，F为焦距，D为晶片尺寸。 由上述两式可以看出，若要增大焦柱长度，则需增大焦距，减小晶片直径，但同时声束直径会增大。根据理论研究结果，聚焦探头焦点能量集中的效果在Ｎ／Ｆ值较大时为好。增加焦距减少晶片直径，就会使Ｎ／Ｆ减小，聚焦探头提高信噪比的能力减弱。 通常由于聚焦探头焦柱直径远小于压电晶片直径，利用焦柱区可准确测定缺陷尺寸。在缺陷的尺寸评定中，如果测出的尺寸不大于焦柱截面积，则测出的是焦柱区尺寸；如果测出的尺寸远大于焦柱尺寸，则测出的是缺陷尺寸。因此焦点尺寸越小缺陷的尺寸测量越准，但焦点尺寸越小检测效率越低，因此需要结合检测要求确定检测用探头参数。 2 试验过程和检测结果 2.1 不同形式探头的参数测量 选取I7-0512-S平探头与I7-0512-G聚焦探头，由公式(1)和(2)可推算出聚焦探头的焦