[发明专利]基于直射纵波和双线阵的焊缝全聚焦探头装置及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于超声波检测装置及其检测方法。目的是提出一种基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置及检测方法，该方法和装置应全面覆盖焊缝待检测区域，从而实现单个探头对焊缝的全面检测；并且具有快速、高灵敏度的特点。技术方案是：一种基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，包括安装在探头外壳内的相控阵线阵、楔块、声匹配层、保护薄膜以及阻尼块，相控阵线阵通过导线与外部保持信号导通；其特征在于：所述楔块为双斜面楔块，所述相控阵线阵为前后相接地连接在阻尼块的下表面的一维小角度相控阵线阵与一维大角度相控阵线阵。

技术领域

本发明涉及一种基于超声波检测装置及其检测方法，特别涉及一种基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置及其检测方法。

背景技术

焊缝常规超声检测采用的是脉冲反射技术，其物理原理是脉冲超声在界面(反射体)发生反射现象；其检测原理还包括反射波(回波)能被超声仪器接收到。焊缝超声检测时，探测面是焊缝两侧的母材表面，根据母材厚度和焊接接头的结构，探测面、侧的确定通常有2种情况：单面双侧或双面双侧，单面双侧一般在焊件的一面的双侧用一、二次波检测(如图7所示)。双面双侧一般在焊件的双面的双侧用一次波检测(如图8所示)。任何情况下，声束扫查应覆盖整个检测区域。

实际检测过程中，通常由于几何结构的限制(如压力管道焊接接头)通常难以实施双面双侧，因此只能采用单面双侧，因此为提高近表面缺陷的检出率，通常应补充斜探头作近表面缺陷检测。因此常规超声检测需要更换多次探头(如2种K值探头和作近表面缺陷检测的斜探头)，检测效率低，成像不直观，而且由于二次波检测时会产生变形波会导致缺陷误判。对于晶粒粗大的材料例如奥氏体不锈钢材料的焊缝，或者是声衰减严重的材料例如聚乙烯材料，或者是试板厚度大声程长，这些情况下，一次波无法在单探头单次检测中完全覆盖，二次波检测则会形成很多变形波模态，难以区分分辨。

采用超声相控阵技术可增强检测的实时性和直观性，特别是全聚焦超声相控阵技术，采用基于全矩阵数据采集，与常规超声相比，发射和接收的总能量更大，检测灵敏度和可靠性更高。另外基于探头阵元尺寸小、扩散角大，全聚焦相控阵在工件中建立的声场的能量(声压)分布更均匀，声压变化平缓，有效声场覆盖范围更大，检测效率高。因此全聚焦相控阵声场的近场区小，表面检测盲区更小，但通常情况下全聚焦相控阵采用横波斜入射检测焊缝，

由于阵元尺寸小、扩散角大，产生变型波的概率增大，此外，二次波法由于声束路径的变化在检测图像的其它地方也出现了很多幅值较大的回波信号，因此在实际检测过程中会产生多种伪缺陷，干扰对焊缝质量的判别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提出一种基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置及检测方法，该方法和装置应全面覆盖焊缝待检测区域，从而实现单个探头对焊缝的全面检测；并且具有快速、高灵敏度的特点。

为解决该技术问题，本发明提出的技术方案是：

一种基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，包括安装在探头外壳内的相控阵线阵、楔块、声匹配层、保护薄膜以及阻尼块，相控阵线阵通过导线与外部保持信号导通；其特征在于：所述楔块为双斜面楔块，所述相控阵线阵为前后相接地连接在阻尼块的下表面的一维小角度相控阵线阵与一维大角度相控阵线阵，所述双斜面楔块位于探头装置的下部且其顶端的双斜面与一维小角度相控阵线阵阵面(所有阵元晶片平面)与一维大角度相控阵线阵阵面相适合，双斜面楔块与阻尼块的前侧还安装有吸收块；且有：

0°α₂α₁90°

式中：α₁为一维大角度相控阵线阵的入射角；

α₂为一维小角度相控阵线阵的入射角。

所述双斜面楔块与一维小角度相控阵线阵及一维大角度相控阵线阵之间安装有声匹配层。