横波TOFD缺陷定位方法

摘要

在超声无损检测领域中，目前的超声波衍射时差法(TOFD)仅利用纵波散射信号来发现焊缝中缺陷，由于所用信号单一，无法通过单次线性扫描实现焊缝内部缺陷的三维定位。针对这样的问题，我们提出一种横波TOFD检测方法，使用一对横波探头沿着焊缝进行单次线性扫描，同时利用焊缝内部缺陷的纵波和横波散射信号，经分析指出缺陷即位于散射横波信号所确定的椭圆轨迹上，又位于散射纵波信号所确定的圆形轨迹上，这样通过求得两曲线交点即可实现材料内部缺陷的三维定位。

主权项

一种横波TOFD技术缺陷定位方法，其特征是：使用横波探头，通过对焊缝或工件进行单次线性扫描，同时利用材料中缺陷横波和纵波散射信号所确定的椭圆和圆形轨迹交点来实现缺陷的三维定位，具体为：将发射换能器在工件表面的入射点定义为焦点1，而接收换能器在工件表面的入射点定义为焦点2，这样由焦点1和焦点2及固定距离2a定义一个椭圆，这个固定距离即为横波传播声程：2a＝D1+D2，D1是缺陷到焦点1的距离，D2是缺陷到焦点2的距离，通过接收到的缺陷散射横波信号计算出2a，另外，由于两换能器间距2b已知，由此写出该椭圆的方程， x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 - - - ( 1 ) 另外，利用散射横波和散射纵波间的时间差，计算出缺陷所在位置到接收换能器入射点间的距离D2，具体如下，首先，缺陷的散射纵波信号对应的时间延迟表达为 t s - p = D 1 c s + D 2 c p - - - ( 2 ) 式中，ts‑p表示横波入射引起的纵波散射延迟，cs和cp分别表示材料中横波和纵波声速；另外，缺陷的散射横波信号对应的时间延迟表达为 t s - s = D 1 c s + D 2 c s - - - ( 3 ) 式中，ts‑s表示横波入射引起的横波散射延迟，为表述简便，式(2)(3)中均省略了有机玻璃楔块中的时间延迟；由式(3)减式(2)，整理得 D 2 = c s c p ( t s - s - t s - p ) c p - c s - - - ( 4 ) 这样，以焦点2为圆心，D2为半径作一个圆，该圆与椭圆的交点即为缺陷位置；实际计算时，舍弃工件外部的焦点，保留工件内部缺陷的位置坐标，依据上述方法，仅通过沿着焊缝方向的单次线性扫描即可实现焊缝中缺陷的准确 定位。