基于NI LabVIEW的超声波检测模拟系统设计研究(4)
随着中国石油、电力以及特种锅炉和容器等行业的快速发展, 对无缝钢管产品的质量要求越来越高。过去, 对于无缝钢管的超声波探伤只需要进行纵伤的检测, 而如今, 在很多场合除要求进行纵伤检测外, 还要求进行横伤、斜向伤、测厚和分层缺陷的检测。传统的超声波探伤技术对于横伤的检测在理论上即存在着缺欠, 对于斜伤的探测更可能挂一漏万。原有的超声波探伤方法和设备已难于满足无缝钢管越来越苛刻的质量检验要求。在此形势下，超声相控阵检测设备以其强大、多变的功能和检测能力在无缝钢管检测中显示出独有的特点, 能取得良好的实用效果。 目前, 在执行API标准的石油管的超声波探伤中, 要求进行纵伤、横伤, 测厚和分层的全覆盖检测。而在一些技术要求更高情况下还要同时进行斜向伤的检测。由于超声相控阵检测可以灵活、便捷地控制超声声束的入射角度和聚焦深度, 所以无缝钢管中各种取向的缺陷很容易利用超声相控阵方法检测出来。 无缝钢管的检测使用线阵探头。所谓线阵探头, 即探头中的晶片沿直线排列。目前使用的线阵探头中可以包含50晶片、128晶片、168晶片或256晶片。
2. 国内外研究现状
3.超声检测原理及其特点
3.1超声检测原理
超声检测是基于超声波在工件中的传播特性，如声波在通过材料时能量会损失，在遇到声阻抗不同的两种介质分界面时会发生反射、折射等。其工作原理如下：
（1）声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入工作；
（2）超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；
（3）改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；
（4）根据接收的超声波特征，评估工件本身及其内部是否存在缺陷及其特性。
以脉冲反射法为例：
声源产生的脉冲波进入到工件中→超声波在工件中以一定方向和速度向前传播→遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射→检测设备接收和显示→分析声波幅度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷大小、位置等。两侧声阻抗有差异的界面可能是材料中某种缺陷（不连续），如裂纹、气孔、夹渣等，也可能是工件的外表面。声波反射的程度取决于界面两侧声阻抗差异的大小、入射角以及界面的面积等。通过测量入射声波和接收声波之间传播的时间，可以得知反射点距入射点的距离。
通常用来发现缺陷和对其进行评估的基本信息为：
（1）是否存在来自缺陷的超声波信号及其幅度；
（2）入射声波与接收声波之间的传播时间；
（3）超声波通过材料以后能量的衰减。
检测的任务有两个：一是工件或材料有无缺陷的判断；二是当判断出工件或材料有缺陷以后，要确定其位置和大小，进而评价其有无实用价值和修复的可能性。
工件或材料中的实际缺陷是多种多样的，其形状和性质也各不相同。而超声波的波长又较大，因此，要确定其真实大小是十分困难的，甚至是不可能的。所以，只能采用相对比较的方法，即用未知量与已知量的回波振幅相比较的方法，来确定缺陷的当量大小，这就是超声检测中缺陷定量的基本原理。
为了度量实际缺陷的相对大小，往往采用各种规则的人工缺陷来模拟相应的实际缺陷。采用相应的技术和方法，使实际缺陷与人工缺陷相比较，从而确定实际缺陷的当量大小。一般来说，如分散的气孔、渣孔等体积型点状缺陷，可用平底孔、球孔来模拟；焊缝中的纵向裂纹、钢材中的条状夹杂物等线状缺陷，可用横孔、平底孔等规则反射体来模拟。