合成孔径聚焦在水浸超声缺陷定量中的应用

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1、2016年10月北京航空航天大学学报October2016第42卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．10http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0601合成孔径聚焦在水浸超声缺陷定量中的应用周正干。，周江华，章宽爽，马立印，孙广开(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083)摘要：针对水浸超声检测常用缺陷定量方法存在成本高或缺陷定量误差较大的问题，提出一种将原始检测数据经频域合成

2、孔径聚焦技术(FSAFT)处理后再运用半波高法进行缺陷定量评价(FSAFT-DQM)的新方法。建立了水浸超声点聚焦探头FSAFT成像方法，制备了横通孔和平底孔试样，开展了FSAFT．DQM缺陷定量评价试验研究。试验结果表明：FSAFT．DQM缺陷定量精度受检测深度影响不明显；当扫描步距不大于探头中心频率对应的半波长时，与半波高法相比，平底孔试样FSAFT．DQM缺陷定量误差由71．9％降低到10．0％以内；扫描步距在探头中心频率对应的半波长到波长之间时，图像频域插值算法将平底孔试样FSAFT．DQM缺陷定量误差由17．2％降低到5．6％。研究结果表明：FSAFT．DQM能有效提高缺陷定量精度。

3、关键词：水浸超声检测；缺陷定量评价；点聚焦探头；频域合成孔径聚焦技术(FSAFT)；半波高法中图分类号：TB553文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)10．2017．07超声检测中，缺陷的定量评价关系到检测质量的可靠性，是人们研究的一个热点问题。缺陷定量可分为小于声束直径的缺陷定量和大于声束直径的缺陷定量。前者包括对比试块法和AVG曲线法等，后者包括半波高法等¨’21。对比试块法需制作大量缺陷试样，检测成本高且不适合现场检测¨1。AVG曲线法受探头频率及声场分布不均匀等因素影响较大M1，且仅能用于接触式超声检测p1。半波高法通过判别缺陷的边界来实现缺陷定量，方法简单，但在判别

4、面积小于声束截面面积的缺陷时定量误差较大¨⋯。聚焦探头是水浸超声检测常用探头，其在焦点处能量集中，检测分辨率较高。但随着检测深度的增加，声场能量分散，检测分辨率下降"。，此时点聚焦水浸超声检测难以将相距较近的不同缺陷区分开，应用半波高法进行缺陷判别存在困难，容易导致缺陷数量的误判。鉴于此，研究一种高精度的水浸超声检测缺陷定量评价方法对提高检测质量、降低检测成本和保证构件的安全可靠性有着重要意义。合成孔径聚焦技术(SAFT)是一种超声检测三维数据重建方法，该方法对采集的所有A波数据在时间-空间域进行计算，模拟声束在试件内任意位置处聚焦，从而提高检测信号的信噪比和分辨缺陷的能力博J。1976年，F

5、rederick等凹1首次将SAFT用于核反应堆压力容器与管道的检测，提高了超声检测判别缺陷形状与走向的能力。根据SAFT对检测数据处理方法的不同，可分为时域合收稿日期：2015-09-15；录用日期：2015-10-23；网络出版时间：2015．12．1711：33网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20151217．1133．016．html基金项目：国家自然科学基金委员会．中国工程物理研究院联合基金(U1430120)}通讯作者：Tel．：010—82338668E-mail：zzhenggan@buaa．edu．cn5l用格式：罔正千．周

6、江华，章宽爽．等．合成孔径聚焦在水浸超声缺陷定量中的应吊e

7、]．北京航空航天大学学报．2016．42(10)：2017-2023．ZHOUZG，ZHOUJH，ZHANGKS，eta1．Applicationofsyntheticaperturefocusingtechniquetodefectquantifica—tionforimmersionultrasonictestinglJ]．JournalofBeqingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2016。42(10)：2017．2023(inChinese)．2018北京航空航天大学学报2016

8、年成孔径聚焦技术(TSAFT)旧1与频域合成孔径聚焦技术(FSAFT)010]。1992年，Busse[1叫将傅里叶变换与SAFT结合，提出了FSAFT，在频率．波数域实现所有计算。与TSAFT相比，FSAFT计算效率更高，近年来得到广泛研究¨肌12】。FSAFT能有效提高检测图像横向分辨率¨2

9、，因此将检测数据经FSAFT处理后再运用半波高法进行缺陷定量评价(FSAFT—DQM)这一方法理论上能