自动化超声波检测钢质圆棒时的灵敏度校准及仿真建模

　　某钢厂引进了一款超声波自动检测设备(型号为R0B65VIS),对规格为15~60 mm的钢质圆棒锻轧件进行近表面和内部缺陷检测。在使用该设备调节灵敏度时发现,检测试块上的人工缺陷很难在仪器屏幕上找到,使得操作人员很难顺利地完成探伤工作。理论分析认为,由于圆棒类工件检测时各类参数较多,且往往需联合调整,使得声波的传播路径难以分析和掌握,探头偏转角度的微小变化可能会引起从水中入射至工件的入射角的较大变化,进而导致仪器屏幕上的反射波的运动速度很大,难以发现。

　　为此,笔者通过计算机软件,展现了圆棒试块灵敏度调节时的超声波传播路径,采用VB 6. 0语言对圆棒类工件自动化超声波检测灵敏度校准进行了仿真研究。

　　1　检测设备

　　设备的探头型号有两种,A(15~25 mm)模式下使用Z5RM10* 12/4*L20E1,AA(25~60mm)模式下使用Z4RM10* 12/4*L50E1;检测设备采用六个探头模块,三个探头为一组, A模式下采用S1,CF1和S2三个探头,AA模式下采用SI, CFI和SII三个探头,采用水浸耦合。每个模式下,两个探头模块倾斜入射,以超声横波检测棒材近表面缺陷;另一探头模块垂直入射,超声纵波检测棒材内部缺陷,检测速度可达2 m/s。探头绕着棒材径向作高速旋转,转速可达2 500 r/min。圆棒检测试块由德国KK公司制造,主要用于灵敏度校验(图1),缺陷个数为四个0. 8mm×15mm的横通孔(两个为近表面缺陷,两个为中心缺陷)。

2　仿真程序编制思路

　　根据超声检测中声波传播过程的特点,提取其数学模型和主要原理,实现模拟圆棒类工件自动化超声波检测灵敏度调节过程。把问题抽象成在一种模式下,一个探头垂直入射,用于检测内部缺陷;一个探头倾斜入射,用于检测近表面缺陷。软件编制时,以试样半径R、水层厚度H、探头偏转角α以及工件中的声速(横波声速cS2、纵波声速cL2)作为可变参数。主体程序框图见图2

　　3　仿真软件简介

　　3. 1　垂直入射

　　直探头产生的超声纵波垂直入射至圆棒表面(图3)。探头从工件的一端开始移动,同时探头产生的超声波入射至圆棒,在未遇到缺陷时,直接入射至工件底面,示波屏上只会出现始波和底面回波,并且底面回波相对较高(图4a)。当探头移动到存在缺陷部位,便产生缺陷反射回波,同时底面回波将有所下降(图4b)。

3. 2　倾斜入射

　　倾斜入射的截面示意图如图5所示。由于探头绕工件高速旋转,因此探头旋转一周,超声波会被同一缺陷反射两次。程序中假定探头不动,带缺陷的