[发明专利]变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法

权利要求书

1.一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)、在变压器底板角焊缝位置的背面，使用阵列超声探头检测，检测人员手动控制探头沿着焊缝进行检测，在侧板上同样使用超声阵列探头检测；

(2)、将该方法的检测结果提取出来，进行超声聚焦成像，其中阵列超声检测基于笛卡尔坐标系，利用阵列超声直探头接触法，沿被检工件表面进行线性扫查；

已知探头的声束指向特性与其晶片直径及发射、接收的声波波长有关，其半功率波束角为：

式中，λ表示波长，D表示探头的晶片直径，用半功率波束角β0.5来近似表示探头的声束扩散角，则探头在深度z处的声场覆盖范围为l,对于被检件中的任意点A(x,z)，当探头位于位置1时，点A刚好开始进入探头的声场覆盖范围内；当探头位于位置n时，点A刚好开始退出探头的声场覆盖范围，在线性扫查过程中，只有位于1...i...n位置的探头可以接收到来自点A的回波信号，位置1-n的长度也恰好为l，因此，将合成孔径过程中对信号处理有贡献的位置1-n的长度定义为有效合成孔径长度，记为Lm：

式中，z表示待合成点至被检件表面的垂直距离，设探头线性扫查时的步进为△_X，则参与信号合成的探头位置数n为：

由式(3)可以看出，对于不同深度下的待合成点，参与信号合成的探头位置数也不同，待合成点距离表面越远，参与信号合成的探头位置数也越多，从而有利于改善成像分辨率；

(3)探头在每个扫查位置处发射出超声波脉冲信号，经内部缺陷或工件底面反射后形成回波信号重新被该探头接收，最后通过A/D转换将携带有工件内部信息的脉冲回波信号转化为数字信号存储至电脑中，得到检测数据集；

在聚焦算法处理前缺陷点A的信号区间为M，若以尺寸M来对缺陷进行定量，无疑会引入较大的测量误差，令S_k(t)表示各检测位置1...i...n探头接收到的回波信号，则点A经过阵列超声聚焦算法处理后的信号强度为S(x,z)，其中，阵列超声聚焦算法算法的延时叠加公式为：

式中，i表示正对于A点的探头位置，τ_ki表示第k个探头位置相对于第i个位置的信号延迟时间,其中，τ_ki为：

式中，c为被检件中的声速，待合成点A至各探头位置的距离不同，信号延迟时间τ_ki也不同，利用阵列超声聚焦算法对得到的检测数据集进行处理，依据探头的不同扫查位置，将被检件内部感兴趣区域各点对应的数字信号施加以不同的延迟时间，并相加求平均，从而得到一幅声束聚焦图像，阵列超声聚焦算法延时叠加过程可提高成像对比度，信号区间M经阵列超声聚焦算法延时叠加处理后变为点M’，从而可减小测量误差，提高成像分辨力。

2.根据权利要求1所述的一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，其特征在于：根据现场待检测变压器壳体的板厚选取合适的相控阵探头，当板厚小于5mm，选取5MHz以上的相控阵探头，当板厚大于5mm，选取5MHz以下的相控阵探头，相控阵探头晶片为16阵元以上，探头长度要大于板厚的2倍以上。

3.根据权利要求1所述的一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，其特征在于：待检变压器壳体四周都为角焊缝。

4.根据权利要求3所述的一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，其特征在于：所述焊缝的焊接缺陷包括：未焊透、未熔合、气孔及夹杂。

5.根据权利要求4所述的一种变压器薄壁壳体单道焊缝内部缺陷的阵列超声检测成像方法，其特征在于：从两个方向对角焊缝进行检测，包括第一次检测角焊缝中的底板侧未熔合缺陷、焊缝内部气孔及夹杂等缺陷，第二次检测角焊缝中的侧板未熔合缺陷、焊缝内部气孔及夹杂缺陷。