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铝合金板材超声波C扫缺陷成像与探伤参数选择

王洪玉;张磊;奚刚

【摘要】对超声波水浸探伤自动化设备的工作原理、探伤方法、水浸探头及试样

进行简要介绍;通过设置不同的分辨率值、步进距离、扫查速度等参数的试验,观察

比较它们对超声波C扫缺陷成像检测效果的影响.

【期刊名称】《轻合金加工技术》

【年(卷),期】2015(043)003

【总页数】6页(P47-52)

【关键词】水浸探伤;超声波C扫;缺陷成像;参数选择

【作者】王洪玉;张磊;奚刚

【作者单位】东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060;东北轻合金有限责

任公司,黑龙江哈尔滨150060;东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060

【正文语种】中文

【中图分类】TG115.285

铝合金板材内部质量控制的最好方法是采用超声波无损检测技术。常规超声波接触

法探伤不能直观提供板材内部已检出缺陷的形貌，给检测结果的分析和评定带来诸

多不便，且接触法探伤声束达不到100%覆盖，探伤数据不能保存，检测效率低，

质量异议多。目前超声波C扫成像技术已应用在材料无损检测中，铝合金板材超

声波C扫水浸自动探伤能够达到超声波声束100%覆盖，检测记录可永久存档，

能够显像已检出缺陷形貌俯视图，检测结果稳定可靠，为缺陷定性分析提供可靠的

检测数据。但是超声波C扫参数设置不同，C扫成像效果差异很大，如果设置不

当，便得不到缺陷的真实形貌［1-2］。本文通过试验说明扫查速度、分辨率、步

进等参数设置，对超声波C扫成像的影响。

1超声波探伤原理

超声波脉冲反射法是由超声波探头发射脉冲波到被检样品内部，超声波在传播中如

果遇到异质界面，将产生反射和折射波被探头接收，通过观察来自被检样品内部缺

陷反射波和底面反射波的情况，对被检样品进行无损检测的方法。

1.1超声波C扫探伤原理

通过显示器上的光点位置与探头在被检样品上沿平面两个坐标的扫查运动同步，扫

查结束后可显示被检样品俯视图，从俯视图上观察检测结果。C扫需要电子闸门控

制，目的是控制始波、界面波、底波显示不能出现在C扫图上，使在电子闸门内

只显示所需要检测深度范围内的信号。

1.2铝合金板材多通道超声波C扫水浸自动探伤工作原理

铝合金板材多通道超声波C扫水浸自动探伤系统是将被检板材全部浸入在水中，

以水作为耦合介质，超声波探头与板材表面相对放置一定距离，相对移动，实现非

接触式探伤，声束通过水传入板材中。由多个探头组成一组探头组，即实现板材多

通道检测。探头组中的每个探头可以单独地进行垂直度调节，确保超声波声束垂直

入射到铝板内部，探头组由机械臂控制，根据探伤标准的要求调整水层厚度，找出

最佳探伤参数。根据检测需要，通过对机械臂控制设置，实现X方向扫查或Y方

向扫查，声束覆盖范围、探伤速度、探伤步进可调，实现板材超声波C扫水浸自

动化检测。

2板材多通道超声波C扫描自动化水浸检测设备

设备呈“龙门式”桥架结构，桥架两侧为设备的X轴，桥架本体即为Y轴，安装

探头支架的Z轴被安装在桥架上。每个运动轴的端部都装有电磁限位开关、机械

震动缓冲器，急停开关。水槽由不锈钢制成，可以容纳需要检测的铝合金板材。在

不锈钢水槽内装有一个能使板材上升、下降的升降台，方便铝板的装卸。探头装置

被置于Z轴的底部，由八个探头组成探头组以及一个精扫评估探头组成。每个检

测探头可以单独的手动调整声束垂直度，确保超声波声束与铝板表面的垂直度。精

扫评估探头由高精度的A/B伺服电机控制，可沿X-Y方向自动摆动，当发现缺陷

时可以用该评估探头进行精确扫描，对铝板内部的缺陷进行精确定位、定量和缺陷

形貌成像显示。

3超声波C扫水浸探头

有三种规格的探头:点聚焦探头，漆刷式探头，评估探头。

3.1漆刷式探头

漆刷式探头的晶片有效声束较大，能提供相对较大的声束覆盖和较大的检测步进，

可有效提高板材的探伤效率，图1为多通道超声波C扫漆刷式探头水浸探伤示意

图。表1为漆刷式探头在水层厚度76mm时测试的有效声场图和φ0.8mm平底

孔反射波高为80%时TCG曲线(距离增益曲线)。对于大批量板材探伤，设备采用

8通道漆刷式阵列组合探头进行同时检测，刷式探头呈间隔排列，同时考虑各探头

间的有效声束的覆盖，8个漆刷式探头一次有效探测范围320mm。由于缺陷定

位精度局限