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822 2018 年 9 月

T10 5 T10 4
3.5 4.0
3.0 3.5 x: 0.02658
3.0 y: -0.00148
2.5 z: 2.012e+04
2.5
2.0
2.0
1.5
x: 0.02458 1.5
1.0 y: -0.01176 1.0
z: 5.5e+04
0.5 0.5
 0
0 ֓⊲ 0 -0.005
֓⊲  ֓⊲ -0.01 0 -0.010
⊲ ⊲ ֓⊲ y/m 0.01 0.02 0.03 0.04 -0.015 y/m
x/m
(a) 8 mmງएܫᄊᐑཥܦڤ (b) ʽ᛫᭧1 mmງएܫᄊᐑཥܦڤ
图 6 反射聚焦方式下的三维声场能量分布
Fig. 6 3D sound field distribution of reflecting focusing

通过上述分析，我们得到本文模型下底面反射 偏移且偏移的程度越来越大，但是其幅值一直在
聚焦方式的有效声束偏转角范围是40 ∼ 55 。 递减。
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对比分析两种聚焦方式的结果，当对本文所示
表 1 直接聚焦方式下各倾斜角对应的能量最高点
的同一焊缝结构进行相控阵聚焦检测时，直接聚焦
Table 1 The highest energy point corre-
方式的声束经过焊缝界面折射后直接进入焊缝区 sponding to every tilt angle in the directly
域，适合对焊缝中下部进行扫描聚焦，在焊缝的上表 focusing
面附近，当声束偏转角大于 80 时，声束无法继续进
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角度/( ) 实际焦点/mm 预设焦点/mm 幅值
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行有效的聚焦。这时可采用底面反射聚焦的方法，
0 (37.0, −18.7) (40.0, −20.0) 2.4 × 10 15
它只需较小的偏转角度就可使声束经底面反射后 5 (38.9, −19.5) (40.0, −20.0) 6.6 × 10 14
到达焊缝上表面区域进而聚焦，且当焦点深度增加 10 (42.4, −20.7) (40.0, −20.0) 1.3 × 10 14
时声束的偏转角度也随之增大，但当声束偏转角大 15 (49.8, −22.8) (40.0, −20.0) 2.2 × 10 13
20 (58.5, −24.5) (40.0, −20.0) 2.6 × 10 12
于 55 时，这种方式也无法形成明显焦点，相应地，
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此时我们又可考虑用直接聚焦方式进行计算。两种 3.2.2 反射聚焦
聚焦方式形成了有效的互补。 采用图 2(b) 中的焊缝模型和坐标系，各部分介
3.2 焊缝倾斜角度对聚焦效果的影响 质保持不变，厚度调整为 14 mm。在焊缝左端的上

由于在 3.1 节中我们得到两种聚焦方式适合扫 表面处放置一个 16阵元的线型换能器，阵元宽度为
描的焊缝深度不同，因此，针对这两种聚焦方式我们 a 1 = 1.2 mm，阵元间距为 d 1 = 0.2 mm；在焊缝内
将分别设置不同的厚度来研究焊缝倾斜角度对聚 部设置焦点 F 1 为 (0.026, − 0.004) m。分别将焊缝
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焦效果的影响。 的倾斜角 α 设置为 5 、10 、15 、20 、25 和 30 ，计
算目标点对应的聚焦声场，得到图8和表2。
3.2.1 直接聚焦
仍然采用图 2(a) 中的焊缝模型和坐标系，各部 表 2 反射聚焦方式下各倾斜角对应的能量最高点
分介质保持不变，厚度调 整 为 30 mm。在焊缝左端 Table 2 The highest energy point corre-
sponding to every tilt angle in the reflecting
的上表面处放置一个16阵元的线型换能器，阵元宽
focusing
度为 a 1 = 1.2 mm，阵元间距为 d 1 = 0.2 mm；在焊
缝内部设置焦点 F 1 为 (0.040，−0.02)m。分别将焊 角度/( ) 实际焦点/mm 预设焦点/mm 幅值
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缝的倾斜角α 设置为0 、5 、10 、15 和20 ，计算目 5 (23.8, −5.6) (26.0, −4.0) 1.9 × 10 6
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10 (24.6, −5.0) (26.0, −4.0) 1.0 × 10 7
标点对应的聚焦声场，得到图7和表1。
15 (24.2, −5.4) (26.0, −4.0) 4.7 × 10 6
通过分析图 7 和表 1，我们得出在直接聚焦方 20 (25.5, −4.5) (26.0, −4.0) 1.9 × 10 7
式下，当设置的焦点固定时，随着倾斜角度逐渐 25 (23.5, −6.0) (26.0, −4.0) 2.1 × 10 7
30 (24.3, −5.4) (26.0, −4.0) 2.5 × 10 7
增大，聚焦的实际焦点一直在向预设点的更远处