超声相控阵检测起落架焊缝系统探究

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1、超声相控阵检测起落架焊缝系统探究　　摘要：超声相控阵检测技术近年来被广泛利用在航空工件检测领域。与传统超声检测技术相比，相控阵技术检测精度更高，可操纵性更强，利用相位延迟，控制声束偏转聚焦，达到检测目的。本文利用超声相控阵技术对某型歼击机起落架焊缝进行无损检测，比传统超声检测精度更高，操作更简易。关键词：超声波检测相控阵技术歼击机起落架中图分类号：TP274.53文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）10-0117-02每年我国空军歼击机训练飞行中，难免有事故发生，其中包括驾驶员技术失误造成的事故，也包括了飞机软硬件系统故障引发的事故。多数事故皆发生在起飞着陆阶段，与着陆阶段

2、影响最大的就是起落架安全。起落架在工艺铸造过程中，难免内部存在孔洞、裂缝、表面缺陷、铸件残缺等缺陷[1]。相对于起落架的外部缺陷，焊缝的内部缺陷，如气孔、夹杂、内部裂纹、疏松等缺陷，就很难通过常规的方法发现，潜在的危害更大，一旦出现事故，后果往往致命。5超声相控阵技术检测精度高，穿透力强，适用度广，便于操作，可以将检测结果以图象形式进行保存，在航空设备检测领域有广泛的使用，并可以针对缺陷类型，进一步改良起落架制造工艺[2]。1传统超声波检测技术传统的超声波检测系统，一般由发射电路，换能器，回波接收电路，主控电路，显示装置共同组成，其检测原理如图1所示：目前我们最常用的超声无损检测方法是超声脉

3、冲回波法，超声波传播到两种不同的介质界面时，会产生反射和透射现象。与固体介质的声阻抗相比，空气的声阻抗小得多。因此超声通过固体和空气界面几乎是全反射。当工件完好时，超声波直接传播到达工件底面，接收器接收到底面回波信号。而当工件中有缺陷时，接收器可以接收到一个缺陷回波信号，可以通过分析缺陷回波信号与底面回波信号，来判断缺陷的大小、形状、距离[3]。2超声相控阵检测2.1超声相控阵检测技术特点与传统超声波检测技术相比，相控阵超声技术有着其无法比拟的优点。相控阵技术采用电子方法控制超声波生束的偏转聚焦，在不移动或者少移动探头的情况下实现扫描，而传统超声检测技术只能通过不断变换检测位置达到检测目的；

4、通过声束聚焦的方法，可以提高声场强度，提高其可达性，可对复杂几何结构的工件进行扫描；控制声束焦点强度以及深度，可以提高信噪比，灵敏度。52.2超声相控阵检测原理多个换能器晶片按照一定的结构排列，构成阵列，可以通过调整单个换能器发射信号的相位延迟，产生声束波阵面偏转和聚焦的效果，使检测更具有操纵性，针对性。以线型阵列探头为例，通过改变阵元的激励时间，使其按照一定的延时发射声波，可实现对生束的控制，当激励信号的延时呈线性分布时，可合成新的波阵面，使声束发生偏转；当激励信号的延时呈一定的曲率分布时，可控制声束发生聚焦，以及偏转聚焦。超声相控阵检测系统就是通过控制触发信号的延迟，达到控制声束偏转与聚

5、焦的目的，整套系统控制原理如图6：相控阵单元发射延迟电路接收到触发单元发射的脉冲后，根据设定参数，按不同的延迟对探头换能器发射脉冲，从而形成超声波偏转或者聚焦。超声波遇到却先后，会产生回波，由探头中的阵元进行接收。阵元接收到信号后，经相控阵接收延迟及累加单元处理，消除各信号间的时间差并进行累加，提高信噪比。经接收延迟累加后的信号传送至数据处理单元进行分析处理，呈现出检测结果。3相控阵检测歼击机起落架焊缝系统实验设计本文采用的相控阵阵列形式，为16阵元，单个阵元长度8mm，宽度0.8mm，间距0.4mm。5传感器频率5MHz[4]。采用一维线阵列曲面探头，扇形扫查方式，扫查范围30°-70°，

6、分辨力0.4。被测工件为4个直径10cm铸铁材质起落架外套筒。观察信号时，如果发现信号幅值突然变大，就说明该处存在缺陷。检测结果如图7所示：由图7可知，超声波声束是50°，增益为20dBA。扇形扫描中，有三条水平直线，第一条是工件下表面位置界线，一次回波检测区域位于第一条直线上方；第二处是上表面分界线，位于第一条与第二条直线之间；第二处与第三处之间为三次回波检测区域。检测过程中可能存在伪缺陷，而伪缺陷一般分布在上下表面交界处，所以（3）号试件内部完好，一般传统超声波检测技术不能检测出工件存在的伪缺陷，而超声相控阵检测技术可以显示出伪缺陷[5]。4结语针对歼击机起落架检测难，精度低的弱点，本文

7、采用超声相控阵技术改良检测手段，通过实验证明了超声相控阵检测技术的精度高，操作简易。与传统检测技术相比，超声相控阵技术有着巨大优势：（1）能够通过电子技术改变扫查角度，改变波束聚焦的角度和焦距深度，完成对大曲率半径工件的全面检测，配合楔块使用，可以提高设备适用性；（2）高精度测量，检测结果客观可见，操作简便，可以降低对操作人员的要求，便于工业化量产化。参考文献5[1]李衍.焊缝超声检测相控阵参数与缺陷显示的相