[发明专利]一种管（棒）材超声相控阵在线检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管(棒)材超声相控阵在线检测系统及检测方法，采用多个凹面相控阵换能器、高压开关阵列及多通道相控阵发射接收系统实现动态聚焦，使聚焦声束对管(棒)材进行快速扫描，对纵向和横向缺陷实现在线检测。

背景技术

管(棒)材在生产过程中，由于多种原因会在其内部形成裂纹等缺陷，对安全生产存在极大的安全质量隐患，因此管(棒)材质量检测是出厂前检测的一个重要环节。在常规超声检测技术中，管材检测时需要管材在沿轴向运动的同时不断地旋转(检测探头不转)，或者检测探头不断地旋转(管材只需沿轴向平动)，这种管材或探头必须旋转的目的是让超声探头的辐射声束能够实现对管材各部位的扫描和检测。这种常规检测方式不仅因机械旋转导致检测速度低，而且检测信噪比低，检测结果不稳定，经常受到时间和环境的影响。特别是对管材内壁上的裂纹，经常出现漏检和误检。因而，在钢厂管材质量检测中，迫切需要一种快速可靠的无损检测技术。

超声相控阵检测技术是近年发展起来的一种超声无损检测技术，这种技术能提高检测速度和检测信号的信噪比，具有快速、可靠、准确等特点。超声相控阵技术最主要的特点是采用超声阵列发射和阵列接收的方式，通过控制阵列上各个阵元激励信号的延时和幅度，以生成不同形式的电控声场，采用电子调焦手段能很方便地控制声束的形状和方向，实现动态聚焦、扫描和检测。将超声相控阵技术应用于管材检测，就能使相控阵聚焦声束在管材内实现快速旋转和扫描，使电子声束的高速旋转代替管材或探头的机械旋转方式，相控阵电子聚焦声束高速旋转并实现对管材内每一部位进行动态扫描和检测。超声相控阵技术的出现在提高管材在线检测精度的同时大大提高了检测速度。

用于管材在线检测的超声相控阵换能器探头至关重要，不同类型的相控阵换能器具有不同的聚焦特性。必须针对具体的管材尺寸来设计相控阵换能器探头。目前，国外已有将超声相控阵技术应用于管材在线检测的仪器和设备，但存在技术上的封 锁，对用于管材检测的相控阵换能器的指标和参数进行严格的保密。在国内，本专利申请的发明人曾针对管材检测开展过单个凹面相控阵换能器探头聚焦特性的理论研究，分析了单个凹面相控阵换能器的声聚焦性能与换能器阵元大小等几何尺度的关系。然而，单个凹面相控阵换能器是不能对管材进行全覆盖扫描，更不能对纵向和横向缺陷同时进行扫描与在线检测。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于为管(棒)材可靠的在线检测提供一种管(棒)材超声相控阵在线检测系统及检测方法。通过采用凹面超声相控阵换能器探头产生相控阵聚焦的电控声场，同时，利用高压开关阵列、多通道相控阵发射接收系统及多个凹面相控阵探头，在不同时刻控制不同的换能器阵元进行发射与接收，实现动态聚焦与扫描。这种扫描方式能够克服单个凹面相控阵探头聚焦声束在扫描区域上的限制，从而实现管材的全覆盖扫描，并同时实现对纵向和横向缺陷的扫描与检测。

另外，本发明通过多个凹面相控阵换能器探头的组合方式以及高压开关阵列的控制，使相控阵聚焦声束在管材内全覆盖高速旋转和扫描，采用这种相控阵聚焦声束的电子旋转方式，完全避免常规检测方式中管材和超声探头之间的机械旋转方式，提高检测精度的同时大大提高了检测速度。