相控陣超聲檢測可靠性與POD數(shù)值模擬初探.pdf

1、應(yīng)用無損檢測技術(shù)進(jìn)行缺陷檢測時，不是在任何情況下都能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)被檢對象中的全部缺陷，一個無損檢測系統(tǒng)的可靠性受到多種因素影響，這些因素的主次、影響程度的大小都是值得關(guān)注的問題。相控陣超聲檢測技術(shù)(Phased Array Ultrasonic Testing，PAUT)由于聲束可達(dá)性好、檢測效率高、可實(shí)時成像等優(yōu)點(diǎn)，自上個世紀(jì)九十年代起在工業(yè)領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用，但相控陣檢測系統(tǒng)中檢測參數(shù)多、設(shè)置復(fù)雜，因此，關(guān)于相控陣超聲檢測的可靠性問題越

2、來越受到重視。本課題采用實(shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方式，從探頭參數(shù)、材料性質(zhì)和缺陷特征等方面，對相控陣超聲檢測的可靠性進(jìn)行了初步研究，評價可靠性的指標(biāo)選用缺陷檢出率（Probability of Detection，POD）和定量準(zhǔn)確率（Probability of Sizing，POS），主要工作如下:
　　(1)選取厚度55mm碳鋼試塊中高度為1mm～10mm的底面開口槽為研究對象，設(shè)置缺陷偏角在90°±9°范圍內(nèi)變化，計(jì)算了POD曲

3、線，實(shí)驗(yàn)得到90％檢出率對應(yīng)的缺陷尺寸為2.56mm，模擬結(jié)果為2.66mm，說明POD模擬的正確性。
　　(2)通過實(shí)驗(yàn)和模擬，對比分析了不同頻率和不同陣元尺寸的一維相控陣探頭的POD和POS曲線。探頭頻率為2.25、5、7.5MHz時，POD曲線中90％檢出率的缺陷尺寸分別為2.66、5.55、14.91mm，POS曲線中達(dá)到100％定量準(zhǔn)確率的缺陷尺寸分別為6.9、3.9、3.8mm;陣元尺寸增大時，對于2.25MHz和5M

4、Hz的探頭，POD曲線中90％檢出率對應(yīng)缺陷尺寸分別為2.75、3.22mm，POS曲線中達(dá)到100％定量準(zhǔn)確率的缺陷尺寸為4.8、4.0mm。
　　(3)借助數(shù)值計(jì)算方法，以不銹鋼中的橫通孔為例，研究了被檢材料參數(shù)對缺陷檢出率的影響。結(jié)果表明:衰減系數(shù)為0、0.05、0.10dB/mm時，對應(yīng)90％檢出率的缺陷尺寸分別為1.19、3.13、4.86mm;不同結(jié)構(gòu)噪聲下，POD曲線有很大差異，信噪比為11.1dB和6.2dB時，9

5、0％檢出率對應(yīng)的缺陷尺寸分別為1.43mm和2.74mm。
　　(4)模擬了矩形、半橢圓形、圓柱面、球面等四種不同形狀的缺陷，比較了這四種埋藏型缺陷的成像特征和回波幅值變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了面積型缺陷的POD曲線，結(jié)果表明，矩形和半橢圓形底面開口缺陷90％檢出率對應(yīng)的缺陷尺寸分別為2.16、2.66mm。對厚度為55mm碳鋼試塊中取向變化的底面開口槽進(jìn)行了模擬分析，計(jì)算了偏角和傾角標(biāo)準(zhǔn)差在1°～5°范圍內(nèi)變化時的POD，