CN112305080A - 一种反t型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法 - Google Patents

一种反t型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，包括以下步骤：1)设置相控阵超声探头参数，使得声束在反T型叶根槽的全壁厚范围内进行聚焦；2)在反T型叶根槽的检测面涂覆耦合剂；3)在反T型叶根槽的检测面上放置相控阵超声探头，使相控阵超声探头与检测面接触，采用全聚焦成像技术将检测信号聚焦于检测区域的每一个点上，随后利用各检测点的幅值信息重构检测图像，然后对重构的检测图像进行存储；4)在反T型叶根槽表面匀速移动相控阵超声探头，直至整周扫描完毕；5)分析存储的全部检测图像，测量裂纹高度及周向方向距离，以确定裂纹所在位置，该方法能够实现对反T型叶根槽裂纹的检测，且检测效率较高，对检测人员要求较低，同时实现缺陷的直观显示。

Description

一种反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法
技术领域
本发明属于无损检测领域，涉及一种反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法。
背景技术
汽轮机转子是发电机组的关键部件之一，受复杂应力和高温的多重作用，常在反T型叶根槽部位产生疲劳裂纹，导致断裂事故。针对汽轮机转子反T型叶根槽的裂纹检测，通常采用常规超声检测技术，需要更换多种不同参数的常规探头，对检测人员的波形分析能力要求非常高，并且缺陷显示不直观，检测存在盲区，检测效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，该方法能够实现对反T型叶根槽裂纹的检测，且检测效率较高，对检测人员要求较低，同时实现缺陷的直观显示。
为达到上述目的，本发明所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法包括以下步骤：
1)设置相控阵超声探头参数，使得声束在反T型叶根槽的全壁厚范围内进行聚焦；
2)在反T型叶根槽的检测面涂覆耦合剂；
3)在反T型叶根槽的检测面上放置相控阵超声探头，使相控阵超声探头与检测面接触，采用全聚焦成像技术将检测信号聚焦于检测区域的每一个点上，随后利用各检测点的幅值信息重构检测图像，然后对重构的检测图像进行存储；
4)在反T型叶根槽表面匀速移动相控阵超声探头，直至整周扫描完毕；
5)分析存储的全部检测图像，测量裂纹高度及周向方向距离，以确定裂纹所在位置。
步骤1)的具体操作为：设置相控阵超声探头检测的聚焦法则，使得声束在反T型叶根槽的全壁厚范围内进行聚焦。
步骤3)的具体操作为：在反T型叶根槽的检测面上放置相控阵超声探头，使相控阵超声探头与检测面接触，然后在全矩阵数据采集的基础上，采用全聚焦成像技术将检测信号聚焦于检测面的每一个点上。
设相控阵超声探头的总阵元数为N，首先激发第一个阵元发射超声波，所有阵元均接收回波，依次记录为Ex1,x1(t),Ex1,x2(t),L,Ex1,xN(t)；随后激发第二个阵元，所有阵元接收回波，得Ex2,x1(t),Ex2,x2(t),L,Ex2,xN(t)，依次类推，直至所有阵元激发完成，然后根据记录的数据构建N×N的全矩阵数据集，实现对反T型叶根槽的全矩阵采集。
以检测面的中心位置为原点O，横坐标x为检测面的长度，纵坐标z为反T型叶根槽的厚度，从而在反T型叶根槽的xOz平面上，将检测区域划分成预设分辨率的像素点，其中，一个像素点对应一个声束聚焦点，对于P(xp,zp)点，该P(xp,zp)点的超声回波幅值Fp是所有阵元所收集的全矩阵数据Exi,xj(t)在P(xp,zp)点的叠加。
P(xp,zp)点的超声回波幅值Fp为：
Figure BDA0002791799480000021
其中，Exi,xj(tp)为阵元i发射，阵元j接收的超声回波叠加到P(xp,zp)位置的幅值，tp为声波从阵元i发射经过聚焦点P(xp,zp)到达阵元j所需的时间。
声波从阵元i发射经过聚焦点P(xp，zp)到达阵元j所需的时间tp为：
Figure BDA0002791799480000031
其中，xi，xj分别为发射阵元和接受阵元的横坐标，V为超声波在反T型叶根槽中的传播速度。
对检测图像的每一个聚焦点均按照式(1)进行叠加，以计算每个像素点的幅值F，利用该幅值信息得到反T型叶根槽全聚焦相控阵超声检测信号，以形成检测图像。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法在具体操作时，采用相控阵超声检测技术，并采用全聚焦成像技术进行检测图像的重构，然后根据不同检测面上获取的检测图像测量裂纹高度及周向方向距离，以确定裂纹所在位置，操作简单，结果可靠，检测效率较高，对检测人员要求较低，同时实现缺陷的直观显示，可实时指导反T型叶根槽裂纹的检测，具有工程使用价值，需要说明的是，本发明打破常规超声检测的现状，形成一套检测精度、效率更高，更直观有效的反T型叶根槽裂纹技术。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的反T型叶根槽图；
图3为本发明的全矩阵数据采集过程图；
图4为本发明的全聚焦成像示意图；
图5为本发明的反T型叶根槽裂纹相控阵超声识别图；
图6为本发明的反T型叶根槽实际裂纹图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法包括以下步骤：
1)设置相控阵超声检测的聚焦法则，使得声束在反T型叶根槽的全壁厚范围内进行聚焦；
2)在反T型叶根槽的检测面涂覆耦合剂，参考图2，图2中A、B、C为反T型叶根槽检测面，F1为反T型叶根槽裂纹部位；
3)在反T型叶根槽的检测面上放置相控阵超声探头，使相控阵超声探头与检测面接触，然后在全矩阵数据采集的基础上，采用全聚焦成像技术将检测信号聚焦于检测区域的每一个点上，随后利用各检测点的幅值信息重构检测图像，然后对重构的检测图像进行存储；
4)在反T型叶根槽表面匀速移动相控阵超声探头，直至整周扫描完毕；
5)分析存储的全部检测图像，测量裂纹高度及周向方向距离，以确定裂纹所在位置。
全矩阵采集过程是一个阵元依次激发并全部采集的过程，参考图3，设相控阵超声探头的总阵元数为N，首先激发第一个阵元发射超声波，所有阵元均接收回波，依次记录为Ex1,x1(t),Ex1,x2(t),L,Ex1,xN(t)；随后激发第二个阵元，所有阵元接收回波，得Ex2,x1(t),Ex2,x2(t),L,Ex2,xN(t)，依次类推，直至所有阵元激发完成，然后根据记录的数据构建N×N的全矩阵数据集，实现对反T型叶根槽的全矩阵采集。
全聚焦成像过程为：相控阵超声探头利用耦合剂与检测面接触，参考图4。以检测面的中心位置为原点O，横坐标x为检测面的长度，纵坐标z为反T型叶根槽的厚度，因此，在反T型叶根槽的xOz平面上，将检测区域划分成预设分辨率的像素点，其中，一个像素点对应一个声束聚焦点，对于P(xp,zp)点，该P(xp,zp)点的超声回波幅值Fp是所有阵元所收集的全矩阵数据Exi,xj(t)在P(xp,zp)点的叠加，即
Figure BDA0002791799480000051
其中，Exi,xj(tp)为阵元i发射，阵元j接收的超声回波叠加到P(xp,zp)位置的幅值，tp为声波从阵元i发射经过聚焦点P(xp,zp)到达阵元j所需的时间，其中，
Figure BDA0002791799480000052
其中，xi，xj分别为发射阵元和接受阵元的横坐标，V为超声波在反T型叶根槽中的传播速度。
对图像的每一个聚焦点都按照式(1)进行叠加，以计算每个像素点的幅值F，利用这些幅值信息得到反T型叶根槽全聚焦相控阵超声检测信号，以形成检测图像。
实施例一
以某型号汽轮机转子反T型叶根槽试件为检测对象，材料为30Cr2Ni4MoV，高度为34mm，宽度为24mm，如图2所示，在反T型叶根槽检测面A、B、C上安装相控阵超声探头进行检测，采用本发明准确识别出裂纹信号，结果如图5及图6所示，识别结果非常准确。

Claims (8)

1.一种反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设置相控阵超声探头参数，使得声束在反T型叶根槽的全壁厚范围内进行聚焦；
2)在反T型叶根槽的检测面涂覆耦合剂；
3)在反T型叶根槽的检测面上放置相控阵超声探头，使相控阵超声探头与检测面接触，采用全聚焦成像技术将检测信号聚焦于检测区域的每一个点上，随后利用各检测点的幅值信息重构检测图像，然后对重构的检测图像进行存储；
4)在反T型叶根槽表面匀速移动相控阵超声探头，直至整周扫描完毕；
5)分析存储的全部检测图像，测量裂纹高度及周向方向距离，以确定裂纹所在位置。
2.根据权利要求1所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：设置相控阵超声探头检测的聚焦法则，使得声束在反T型叶根槽的全壁厚范围内进行聚焦。
3.根据权利要求1所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：在反T型叶根槽的检测面上放置相控阵超声探头，使相控阵超声探头与检测面接触，然后在全矩阵数据采集的基础上，采用全聚焦成像技术将检测信号聚焦于检测区域的每一个点上。
4.根据权利要求3所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，设相控阵超声探头的总阵元数为N，首先激发第一个阵元发射超声波，所有阵元均接收回波，依次记录为Ex1,x1(t),Ex1,x2(t),L,Ex1,xN(t)；随后激发第二个阵元，所有阵元接收回波，得Ex2,x1(t),Ex2,x2(t),L,Ex2,xN(t)，依次类推，直至所有阵元激发完成，根据记录的数据构建N×N的全矩阵数据集，实现对反T型叶根槽的全矩阵采集。
5.根据权利要求4所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，以检测面的中心位置为原点O，横坐标x为检测面的长度，纵坐标z为反T型叶根槽的厚度，从而在反T型叶根槽的xOz平面上，将检测区域划分成预设分辨率的像素点，其中，一个像素点对应一个声束聚焦点，对于P(xp,zp)点，该P(xp,zp)点的超声回波幅值Fp是所有阵元所收集的全矩阵数据Exi,xj(t)在P(xp,zp)点的叠加。
6.根据权利要求5所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，P(xp,zp)点的超声回波幅值Fp为：
Figure FDA0002791799470000021
其中，Exi,xj(tp)为阵元i发射，阵元j接收的超声回波叠加到P(xp,zp)位置的幅值，tp为声波从阵元i发射经过聚焦点P(xp,zp)到达阵元j所需的时间。
7.根据权利要求6所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，声波从阵元i发射经过聚焦点P(xp,zp)到达阵元j所需的时间tp为：
Figure FDA0002791799470000022
其中，xi，xj分别为发射阵元和接受阵元的横坐标，V为超声波在反T型叶根槽中的传播速度。
8.根据权利要求7所述的反T型叶根槽裂纹的相控阵超声检测方法，其特征在于，对检测图像的每一个聚焦点均按照式(1)进行叠加，以计算每个像素点的幅值F，利用该幅值信息得到反T型叶根槽全聚焦相控阵超声检测信号，以形成检测图像。
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