基于聲場(chǎng)仿真技術(shù)的TRL相控陣探頭設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

丁松 余小俠 陶鑄

【摘 要】TRL相控陣探頭具有聲束控制靈活、聚焦效果好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于粗晶材料的檢測(cè)中。相控陣探頭的選用直接影響了檢測(cè)的有效性和可靠性。由于TRL相控陣探頭參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜？成本較高，需要事先對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行分析研究，選用合適的探頭參數(shù)進(jìn)行聲場(chǎng)仿真，以確定最優(yōu)的檢測(cè)探頭，提高檢測(cè)工藝的可靠性和降低加工后測(cè)試產(chǎn)生的成本。本文介紹了利用聲場(chǎng)仿真技術(shù)進(jìn)行TRL相控陣探頭的設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)例表明，聲場(chǎng)仿真技術(shù)可作為復(fù)雜相控陣檢測(cè)技術(shù)開發(fā)的可靠的輔助手段，提高相控陣檢測(cè)工藝的開發(fā)效率，為探頭各項(xiàng)參數(shù)的選取、檢測(cè)方法等提供參考。

【關(guān)鍵詞】相控陣探頭;聲場(chǎng)仿真;粗晶材料

中圖分類號(hào)： TB553 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）25-0005-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.002

Design And Verification Of TRL Phased Array Probe Based On Sound Field Simulation Technology

DING Song YU Xiao-xia TAO Zhu

（China Nuclear Power Operation Technology Corporation Ltd， Wuhan Hubei 430223， China）

【Abstract】TRL phased array probe has the advantages of flexible acoustic beam control and good focusing effect， which is widely used in the detection of coarse crystal materials. The selection of phased array probe directly affects the validity and reliability of detection. Due to the complex design and high cost of TRL phased array probe parameters， it is necessary to analyze and study the detection object in advance. Sound field simulation is conducted with appropriate probe parameters to determine the optimal detection probe， improve the reliability of detection process and reduce the cost of post-processing testing. This paper introduces the use of sound field simulation technology for TRL phased array probe design methods and experimental verification， the examples show that the acoustic field simulation technology can be used as a complex phased array inspection technology to develop a reliable auxiliary means， improve the development efficiency of phased array inspection technology， to probe the selection of parameters， such as detection method to provide the reference.

【Key words】Phased array probe; Sound field simulation; Coarse crystalline material

0 前言

奧氏體不銹鋼的晶粒粗大，各向異性，高衰減使常規(guī)超聲檢測(cè)存在信噪比底、草狀回波多等，影響檢測(cè)效果，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的超聲檢查技術(shù)，相比常規(guī)超聲檢測(cè)，相控陣技術(shù)具有聚焦能力強(qiáng)、聲束可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)設(shè)定不同的深度聚焦法則，實(shí)現(xiàn)對(duì)奧氏體不銹鋼不同厚度的有效檢測(cè)[1]。如針對(duì)奧氏體不銹鋼環(huán)焊縫的超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究[2];針對(duì)核電站主管道奧氏體不銹鋼焊縫，制定了相控陣超聲檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了相控陣在核電站主管道焊縫中的應(yīng)用[3]等。以上檢驗(yàn)技術(shù)中TRL相控陣探頭設(shè)計(jì)是檢測(cè)技術(shù)開發(fā)中的重要組成部分。在TRL相控陣探頭的設(shè)計(jì)中，聲場(chǎng)分析是檢驗(yàn)其檢測(cè)能力的有效途徑。通過(guò)聲場(chǎng)仿真技術(shù)可以判斷探頭的有效檢測(cè)深度以及參數(shù)的合理性，提高探頭設(shè)計(jì)的成功率。聲場(chǎng)分析軟件具有探頭參數(shù)設(shè)計(jì)、楔塊參數(shù)設(shè)計(jì)、聚焦法則計(jì)算以及聲場(chǎng)仿真等功能，具有界面友好，操作方便等優(yōu)點(diǎn)[4]。本文利用聲場(chǎng)仿真技術(shù)對(duì)TRL相控陣探頭進(jìn)行仿真模擬，并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，其理論聲場(chǎng)特征和實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，表明該軟件可作為奧氏體不銹鋼焊縫相控陣檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化的工具，具有廣泛地應(yīng)用價(jià)值。

1 TRL相控陣探頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

TRL相控陣探頭根據(jù)晶片設(shè)置模塊不同分為線陣探頭和面陣探頭。線陣探頭只能在一個(gè)方向上對(duì)聲束進(jìn)行控制并獲得聚焦效果，且需要楔塊帶有roof角來(lái)加強(qiáng)聚焦效果;面陣探頭為二維矩陣，可在兩個(gè)方向上進(jìn)行聲束控制，實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的偏轉(zhuǎn)和聚焦[5]。如圖1所示。