[发明专利]基于直射纵波和双线阵的焊缝全聚焦探头装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，包括安装在探头外壳内的相控阵线阵、楔块、声匹配层、保护薄膜以及阻尼块，相控阵线阵通过导线与外部保持信号导通；其特征在于：所述楔块为双斜面楔块，所述相控阵线阵为前后相接地连接在阻尼块的下表面的一维小角度相控阵线阵与一维大角度相控阵线阵，所述双斜面楔块位于探头装置的下部且其顶端的双斜面与一维小角度相控阵线阵阵面与一维大角度相控阵线阵阵面相适合，双斜面楔块与阻尼块的前侧还安装有吸收块；且有：

0°α₂α₁90°

式中：α₁为一维大角度相控阵线阵的入射角；

α₂为一维小角度相控阵线阵的入射角。

2.根据权利要求1所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，其特征在于：所述双斜面楔块与一维小角度相控阵线阵及一维大角度相控阵线阵之间安装有声匹配层。

3.根据权利要求2所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，其特征在于：所述相控阵线阵采用的阵元晶片均为矩形晶片。

4.根据权利要求3所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，其特征在于：所述双斜面楔块的底端为保护薄膜。

5.根据权利要求4所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，其中的阵元晶片声束半扩散角按以下步骤进行设计：

1)计算公式

θ_-20dB＝arcsin(0.74λ/D) -20dB情况下；

θ_-6dB＝arcsin(0.44λ/D) -6dB情况下；

θ_-3dB＝25(λ/D) -3dB情况下；

其中，λ—波长，D—阵元晶片宽度；

2)设计方法

(1)一维小角度相控阵线阵设计

利用主声束、声束半扩散角覆盖所有检测区域，控制主声束两侧的半扩散角覆盖焊接接头焊缝下表面；

(2)一维大角度相控阵线阵设计

利用主声束、半扩散角覆盖所有检测区域，控制主声束两侧的半扩散角覆盖焊接接头焊缝上表面；

(3)采用-3dB情况下的计算公式，计算获得一维小角度相控阵线阵与一维大角度相控阵线阵在-3dB情况下的半扩散角；根据计算结果，比较确认大角度相控阵线阵与小角度相控阵线阵是否已经全面覆盖焊缝上下表面以及焊缝下底面余高，如果通过比较确认已全部覆盖，根据波衍射规律，2个双线阵的衍射波可以检测到焊缝上表面的余高，设计完成；

如果通过比较确认，大角度相控阵线阵与小角度相控阵线阵的主声束和半扩散角组合并没有完全覆盖焊缝上下表面以及焊缝下底面余高，则需重新计算，采用比-3dB更低dB数的半扩散角计算公式，获取大角度相控阵线阵与小角度相控阵线阵更大的半扩散角，然后继续比较确认；反复这一循环步骤，直至确认主声束和半扩散角组合全面覆盖焊缝上下表面以及焊缝下底面余高为止。

6.根据权利要求5所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，其特征在于：

所述步骤3)中的比较确认，是人工作图观察确认。

7.采用权利要求5所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置检测对接焊缝的方法，按以下步骤进行：

1)分别采用以小角度相控阵线阵，或大角度相控阵线阵对对接焊缝进行全矩阵数据采集，所有采集数据均由超声波检测仪进行处理，获得两个目标区检测图像；

2)对得到的2个线阵探头的检测图像，由超声波检测仪合成处理；对重叠部分的图像采用响应叠加取平均值；合成后的图像即为焊缝缺陷检测图像。

8.根据权利要求7所述基于一次直射纵波和双线阵的对接焊缝全聚焦超声相控阵探头装置，其特征在于：数据采集处理过程中，探头不需要移动。