環(huán)陣相控陣探頭對(duì)螺栓檢測(cè)
環(huán)陣相控陣探頭螺栓檢測(cè)
1. 背景
在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域大量使用螺栓進(jìn)行緊固連接，包括橋梁、風(fēng)電、高鐵等許多關(guān)鍵部件的連接。其中還有一些是帶中心孔的螺栓，而這些帶中心孔的螺栓檢測(cè)成為螺栓檢測(cè)中的難題。
本課題嘗試通過(guò)環(huán)陣相控陣探頭對(duì)螺栓進(jìn)行裂紋檢測(cè)，從而解決了中心孔對(duì)檢測(cè)的影響。
2. 實(shí)驗(yàn)方法
主機(jī)：Omniscan X3
探頭：5D26-12-64
試塊：螺栓試塊帶刻槽缺陷，刻槽位置為距螺帽表面20mm（在螺帽與螺桿交界處），80mm，140mm，刻槽深度1mm。
3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1 使用環(huán)陣探頭+相控陣線掃的檢測(cè)結(jié)果
先看激發(fā)8個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果，其中20mm處螺帽與螺桿交界處的刻槽缺陷檢測(cè)結(jié)果如下。
缺陷深度21.89mm。
80mm處的刻槽缺陷檢測(cè)結(jié)果如下，缺陷位置深度78.89mm。
140mm處的刻槽缺陷檢測(cè)結(jié)果如下，缺陷位置深度138.17mm。
其他條件不變，改變一次激發(fā)晶片數(shù)量至4個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果如下，較淺的20mm和80mm缺陷較清晰，但140mm處的缺陷信號(hào)比較弱。
改變一次激發(fā)晶片數(shù)量至2個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果如下，此時(shí)幾乎無(wú)法發(fā)現(xiàn)140mm處的缺陷信號(hào)。
而如果增加一次激發(fā)晶片數(shù)量至16個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果如下，140mm處的缺陷信號(hào)更加清晰，但由于晶片環(huán)形排列，16晶片跨越的弧度較大，無(wú)法有效形成聚焦，因而信號(hào)被拉長(zhǎng)放大。這與線陣探頭的信號(hào)成像規(guī)律剛好相反。
如果增加一次激發(fā)晶片數(shù)量至32個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果如下，此時(shí)由于32晶片跨越了一半的晶片寬度，也就是整個(gè)半個(gè)圓弧的晶片都被激發(fā)，此時(shí)由于這32個(gè)晶片不在一條水平線上直線排列，而是半圓弧型排列，聲束無(wú)法聚焦，信號(hào)變形嚴(yán)重，也幾乎無(wú)法發(fā)現(xiàn)140mm處的缺陷信號(hào)。
小結(jié)
由上面的線掃檢測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)使用8個(gè)晶片進(jìn)行螺栓檢測(cè)時(shí)可以得到相對(duì)更好的檢測(cè)結(jié)果，而使用更少的晶片激發(fā)時(shí)，由于激發(fā)晶片過(guò)少，聲束穿透能力降低，檢測(cè)更深的缺陷的能力變?nèi)?；而使用更多的晶片激發(fā)時(shí)，由于激發(fā)晶片增加，導(dǎo)致晶片由于不在一條直線上而造成聚焦能力反而降低，信號(hào)被拉長(zhǎng)放大。
3.2 使用全聚焦的檢測(cè)結(jié)果
使用全聚焦技術(shù)同樣可以發(fā)現(xiàn)這些刻槽缺陷，且深度和位置與實(shí)際一致，缺陷信噪比較好。
但由于該試塊是不帶中心孔的螺栓試塊，所以需要考慮如果檢測(cè)帶中心孔的試塊可能對(duì)全聚焦聲束合成造成的影響。
3.3 使用線陣探頭扇掃的檢測(cè)結(jié)果
使用線陣探頭，并使用扇掃同樣可以發(fā)現(xiàn)這些缺陷，但如果要發(fā)現(xiàn)20mm位置的螺帽與螺桿交界處的刻槽，則需要使用楔塊以增大進(jìn)入螺栓的入射角，且該刻槽缺陷與螺帽的邊緣底面信號(hào)很接近，比較難分辨。
如果想檢測(cè)80mm和140mm位置的缺陷，則需要使用不帶楔塊的方式，以避免由于楔塊的固有回波影響檢測(cè)結(jié)果。
下面是80mm和140mm位置缺陷的檢測(cè)結(jié)果，需要強(qiáng)調(diào)的是這兩個(gè)缺陷無(wú)法在一個(gè)位置被發(fā)現(xiàn)，需要旋轉(zhuǎn)探頭才能夠被發(fā)現(xiàn)。
4. 總結(jié)
檢測(cè)方法比較
（1） 使用環(huán)陣探頭+線掃方式，可以有效檢測(cè)出試塊上的缺陷。針對(duì)此環(huán)陣探頭，使用8個(gè)晶片激發(fā)可以得到*優(yōu)化的檢測(cè)效果。
（2） 使用環(huán)陣探頭+全聚焦方式，同樣可以有效檢測(cè)出試塊上的缺陷，且其信噪比較高。
（3） 使用線陣探頭+扇掃方式，可以檢測(cè)出試塊上的三個(gè)缺陷，但對(duì)于20mm位置的缺陷需要使用楔塊，而對(duì)于80mm和140mm的缺陷需要卸掉楔塊，也就是說(shuō)需要二次檢測(cè)。同時(shí)需要旋轉(zhuǎn)探頭以覆蓋360°方向上的所有缺陷。
環(huán)陣探頭相比于線陣探頭的優(yōu)勢(shì)：
（1） 環(huán)陣探頭無(wú)需旋轉(zhuǎn)即可發(fā)現(xiàn)所有角度上的缺陷，而線陣探頭需要旋轉(zhuǎn)至少180°才能發(fā)現(xiàn)所有角度上的缺陷。
（2） 環(huán)陣探頭無(wú)需使用楔塊即可發(fā)現(xiàn)近表面的螺帽與螺桿連接區(qū)域的缺陷，而線陣探頭需要使用楔塊來(lái)增大偏轉(zhuǎn)角度才能發(fā)現(xiàn)此處的缺陷。
（3） 環(huán)陣探頭可以檢測(cè)中間帶孔的螺栓，而線陣探頭檢測(cè)中間帶孔的螺栓信號(hào)會(huì)受到阻擋，而導(dǎo)致不可檢。 本文來(lái)源：工業(yè)檢測(cè)大時(shí)代
