相控陣超聲檢測可靠性與POD數值模擬初探.pdf

1、應用無損檢測技術進行缺陷檢測時，不是在任何情況下都能準確地發(fā)現被檢對象中的全部缺陷，一個無損檢測系統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注的問題。相控陣超聲檢測技術(Phased Array Ultrasonic Testing，PAUT)由于聲束可達性好、檢測效率高、可實時成像等優(yōu)點，自上個世紀九十年代起在工業(yè)領域逐步得到應用，但相控陣檢測系統中檢測參數多、設置復雜，因此，關于相控陣超聲檢測的可靠性問題越

2、來越受到重視。本課題采用實驗和模擬相結合的方式，從探頭參數、材料性質和缺陷特征等方面，對相控陣超聲檢測的可靠性進行了初步研究，評價可靠性的指標選用缺陷檢出率（Probability of Detection，POD）和定量準確率（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，設置缺陷偏角在90°±9°范圍內變化，計算了POD曲

3、線，實驗得到90％檢出率對應的缺陷尺寸為2.56mm，模擬結果為2.66mm，說明POD模擬的正確性。
　　(2)通過實驗和模擬，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曲線中達到100％定量準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％檢出率對應缺陷尺寸分別為2.75、3.22mm，POS曲線中達到100％定量準確率的缺陷尺寸為4.8、4.0mm。
　　(3)借助數值計算方法，以不銹鋼中的橫通孔為例，研究了被檢材料參數對缺陷檢出率的影響。結果表明:衰減系數為0、0.05、0.10dB/mm時，對應90％檢出率的缺陷尺寸分別為1.19、3.13、4.86mm;不同結構噪聲下，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。在此基礎上進一步研究了面積型缺陷的POD曲線，結果表明，矩形和半橢圓形底面開口缺陷90％檢出率對應的缺陷尺寸分別為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行了模擬分析，計算了偏角和傾角標準差在1°～5°范圍內變化時的POD，