Page 79 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 王铮等： 小直径棒材纵波斜入射检测仿真分析 873

图 5 中各缺陷反射信号幅度如图 8 所示。折射 另外，在同一检测条件下，缺陷反射信号幅度
横波角度为 35 时，刻槽缺陷反射信号幅度最小，横 还与自身尺寸和埋深有关，刻槽缺陷槽深越大，长度
◦
孔缺陷反射信号幅度较大，这一现象与第 2 节纵波 越长，缺陷信号幅度越强；横孔缺陷埋深越大，缺陷
斜入射仿真的声场分布规律相符，即此时棒材表面 信号幅度越弱。
声场较强，随深度增加声场强度快速下降；折射横波
3.2 检测水距对缺陷声响应影响
角度为 60 时，刻槽缺陷反射信号幅度最高，横孔缺
◦
折射横波角度保持 45 不变，分别对焦点落在
◦
陷反射信号幅度较低，这一现象也符合声场仿真结
棒材表面和近表面时缺陷响应进行仿真。焦点落在
果，即此时棒材内部声场较强，表面声场强度较弱；
棒材表面，检测水距选择 30 mm；焦点落在棒材内
折射横波角度为 45 时，相对可较好地兼顾表面刻
◦
部，检测水距分别选择 25 mm 和 20 mm，仿真结果
槽和近表面横孔缺陷的检测，使二者均有相对较高
如图9所示。
的检测灵敏度，且幅度差值最小，这种情况最适用于
#
检测水距由 30 mm 变化到 20 mm，1 # ∼4 表
实际检测。
#
面刻槽缺陷反射信号逐渐减弱，5 # ∼8 横孔反射
信号则一直较强。这一结果也与第 2 节纵波斜入射
0
仿真的声场分布规律相符，当检测水距为 30 mm，
-5
探头焦点落在棒材表面，棒材表面声场强度最强，
-10 表面刻槽缺陷检测灵敏度高，由于聚焦探头聚焦区
ࣨए/dB -15 具有一定长度，此时对于近表面的横孔缺陷仍然具
-20 60O
45O
35O 有较高的检测灵敏度；当检测检测水距为25 mm 和
-25
20 mm，聚焦探头焦点在棒材内部，此时虽然棒材近
-30 表面横孔缺陷具有较高的检测灵敏度，但棒材表面
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ᎥᬞᎄՂ 声场能量较弱，对表面刻槽缺陷检测效果不佳。因
图 8 不同折射角度下缺陷响应仿真结果对比 此，设置检测水距时，将聚焦探头的焦点落在棒材表
Fig. 8 Comparison of simulation results of defect 面，可以使棒材表面和近表面缺陷均获得较高的检
response with different refraction angles 测灵敏度。

40.0 ႍ᭧ฉηՂ 32.0 ႍ᭧ฉηՂ 25.7 ႍ᭧ฉηՂ
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
1 2 3 4 6 7 # 8 34.0 1 2 3 4 # 6 # 7 8 28.0 1 2 3 4 # 6 7 8
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
5
5
5
ۡງ/mm 42.0 ۡງ/mm 36.0 ۡງ/mm 30.0
44.0
38.0
46.0 32.0
40.0 33.6
0 100 200 300 360 0 100 200 300 360 0 100 200 300 360
ೢెړևᝈए/(O) ೢెړևᝈए/(O) ೢెړևᝈए/(O)
(a) ඵᡰ30 mm (b) ඵᡰ25 mm (c) ඵᡰ20 mm
图 9 不同水距下缺陷响应 B 扫描仿真图
Fig. 9 B-scan simulations of defect response with different water distances
择对表面、近表面缺陷兼顾效果最好的实验条件，折
4 检测实验
射角度采用 45 ，检测水距采用30 mm，检测结果见
◦
对 ϕ10 mm 棒材中刻槽和横孔人工缺陷进行 表4、表5。
检测，试块中人工缺陷规格见表 3。检测采用 Sonic 按照仿真结果设置的检测参数进行检测，表面
138 型超声波探伤仪，10 MHz 线聚焦探头，探头焦 刻槽和近表面横孔缺陷均可有效检测出来，检测效
距30 mm，晶片直径 6 mm。根据仿真实验结果，选 果较好。