OOASS管道焊缝相控阵超声检测脉冲宽度优选实验研究.pdf

《OOASS管道焊缝相控阵超声检测脉冲宽度优选实验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第3期无损探伤Vo1．37NO．32013年6月NDTJune．2o13CCASS管道焊缝相控阵超声检测脉冲宽度优选实验研究*谈洋’罗忠兵赵天伟杨会敏严宇林莉’(1．大连理工大学无损检测研究所，辽宁大连116024；2．核工业工程研究设计有限公司，北京101601)摘要：针对离心铸造奥氏体不锈钢(CentrifugalCastAusteniticStainlessSteel，CCASS)管道焊缝的相控阵超声检测，通过实验测定了脉冲宽度50ns～1O00ns范围内深度48mm的牵3横通孔的回波信

2、号，并从回波幅值和纵向分辨力两个方面分析了脉冲宽度对成像效果的影响。研究认为，在脉冲宽度取探头中心频率所对应周期的1／2时，回波幅度达到最大值。纵向分辨力随脉冲宽度增加而增大，但受CCASS组织状态影响，其变化差值较小。脉冲宽度的优选应重点考虑其对幅值的影响，最优设置值应以探头中心频率的1／2周期所对应时间为参考点，通过实验进行调整。关键词：离心铸造奥氏体不锈钢；相控阵超声；脉冲宽度；纵向分辨力中图分类号：TG115．28文献标志码：A文章编号：1671—4423(2013)03一l1一O4CCASS

3、管道的焊接质量直接关系到核电站的1基本原理运行安全，但是其组织存在明显的非均质各向异性，给常规超声检测工作带来很大挑战l1]。相控阵超声脉冲宽度(pulsewidth)是指用于激励换能器单检测技术(PAUT)通过计算机精确调整每个阵元发元的激励电压的持续时间，用W。表示。超声检测射／接收的相位延迟，能有效地优化控制焦点尺寸、系统中几种激励波形如图1所示，其最常用的是尖焦区深度和声束方向，从而大大地提高了检测分辨脉冲和负方波脉冲]。与尖脉冲激发方式相比，负力、信噪比和灵敏度[2]，为CCASS管道焊缝检

4、测提方波激发的超声信号的频带更宽、脉冲更窄，目前在供了新的思路。国内外学者已在数值模拟、检测设相控阵系统中多采用负方波激发，如OmniScan备优化、信号处理及成像技术[3。等多个方面开展了MX，DYNARAYLite，SonatestVEO等。所使用大量研究。的方波脉冲的宽度通常可在25ns~1000ns选调。PAUT检测系统复杂，涉及参数多，为达到最佳的检测效果，必须合理地选择检测参数]。其中，脉冲宽度作为表征阵元激励电压持续时间(a)尖脉冲(b)负方波脉冲的参量，直接关系到超声脉冲信号的形状，对

5、超声信号的幅值以及纵向分辨力有显著影响]，研究其影响规律和优化原则，对实际检测具有重要意义。(c)双极性调谐脉冲(d)阶跃脉冲本文分析了相控阵超声检测中脉冲宽度的优选图1超声检测系统常用的激励波形示意图原理，并通过实验方法，从回波幅值和纵向分辨力两对于负方波激励脉冲而言，其下降沿和上升沿个方面研究了脉冲宽度对CCASS管道焊缝PAUT使压电晶片产生两次振动，但激发的超声脉冲相位检测效果的影响。研究结果对粗晶材料相控阵超声相差180。(图2)。检测的工程应用具有重要参考价值。*“十二五”国防基础科研重点

6、资助项目(A0220110004)第3期谈洋等：CCASS管道焊缝相控阵超声检测脉冲宽度优选实验研究13值，信号中高频部分幅值明显增大。可见，频率越高，则散射越强烈，因此，超声信号中的高频成分受到的散射要比低频更严重。当脉冲宽度大于800ns时，高频成分的增加导致了回波信号中噪声幅值的突变。薯＼3．2纵向分辨力趔骧：纵向分辨力是指相控阵超声在同一声束折射角度下，能区分沿声束轴线上相邻两缺陷的最小距离。一其主要受发射强度、回波宽度和探头的阻尼特性¨1]影响。本实验主要考察脉冲宽度对相控阵超声纵向脉冲宽度

7、／ns分辨力的影响，实验中保持发射强度(对应于相控阵图7不同脉冲宽度下回波信号幅值和噪声幅度的测试结果中激发电压值)和探头阻尼特性不变。一般情况下，纵向分辨力以Az表示_l：n。。~=1000ns△z一：垒三二2(2)式中。一试件材料的声速；．＼⋯△l-20dB时超声回波信号的脉冲占宽。图8不同脉冲宽度下回波信号的幅度谱实验采用了碳钢试块作为对比，结果如图10所示，可以看到：随着脉冲宽度的增大，Az呈逐渐增大而观察CCASS管道焊缝试块的宏观金相图的趋势，但CCASS管道焊缝试块中的Az要明显大(图9

8、)发现，试块整体呈现出显著的各向异性和非于碳钢，同时CCASS管道焊缝试块中Az的变化较均质性。上端部分存在柱状晶，下部为晶粒粗大且缓慢，变化差值较小。尺寸不一的等轴晶，分层结构明显。对晶粒尺寸进行统计得到：晶粒直径处于lmm~4mm范围，平均晶粒直径约为1．5mm。试块不同位置的声速差异较大，实验测得各位置声速在5563m／s～5896m／s昌＼之间变化，即频率为1MHz的超声波所对应的波长熬求为5．6mm～5．9mm。可以求得，晶粒平均直径与波匣舔长