一种铝合金预拉伸板的水浸式相控阵超声波检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金检测技术领域，尤其是一种铝合金预拉伸板的水浸式相控阵超 声波检测方法。
【背景技术】
[0002] 航空航天工业需要大量的铝合金预拉伸板制造各种航空零部件。随着国防及航 空科技的高速发展，对其内部质量检测的要求日趋严格。我国生产的铝合金预拉伸板内部 质量控制是采用超声波接触无损检测，但超声波接触法探伤的缺点是工作效率低，探伤人 员劳动强度大，由于人的因素使探头与板材的耦合压力有很大差异，对不连续性评定差生 误差，在大批量探伤检测中，声束覆盖率达不到探伤标准要求，使检测结果的准确性产生误 差。目前，已经有研宄人员对铝合金预拉伸板的检测方法进行了研宄和改进。
[0003] 如中国专利201410219162. 4公开了一种超声波水浸自动探伤铝合金预拉伸板的 检测方法，使用高频率水浸点聚焦探头对6-15mm的铝合金预拉伸板进行超声波检测；使用 漆刷式探头对板材厚度大于15mm的板材进行超声波检测。该方法使用高频率水浸点聚焦 探头减小盲区，实现薄板的超声波检测，使用漆刷式探头对厚板检测以提高检测效率。但 该方法在检测不同厚度的铝合金预拉伸板时需要更换探头并调用特定检测工艺，十分不方 便。另外，点聚焦探头的有效声束直径小，扫描步进小，导致检测效率也不高。除此，该技术 为了保证超声波探头的有效性，每个探头每年还需要进行至少一次校准，耗费大量资金和 时间。
[0004] 又如中国专利201210224347. 5公开了 一种钢板断续夹层超声相控阵监测方法， 在被检测钢板上设置网格，然后使用相控阵超声波仪器对网格进行逐个扫描，适用于在役 钢板的超声波检测。但在作为机加工原料的铝合金预拉伸板的批量生产中，该方法的机械 自动化检测效率比较低。因为该方法需在检测前安装网格，从而将被检测钢板划分成多个 小区域然后逐个进行扫描。
[0005] 此外，现有的技术中还有使用接触式的小盲区、高分辨力、大角度TR双晶组合纵 波探头，通过设计TR探头并在TR探头前端加装延迟块，可以在一定程度上缩短工件中近场 区长度并减小了探伤盲区，从而使适用的铝合金预拉伸板探伤最小厚度达到6_。但该方法 仅适用于人工手动超声波探伤，受检测人员注意力集中程度和熟练程度影响大。
【发明内容】
[0006] 本发明的发明目的在于：解决水浸式自动化超声波检测的检测效率和表面分辨率 瓶颈问题，提供一种高效、可靠、工作程序简易的铝合金预拉伸板水浸式自动化相控阵超声 波检测方法，为铝合金预拉伸板的质量保证提供了一种高效率、高重复性、高再现性的无损 检测手段。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种铝合金预拉伸板的水浸式相控阵超声波检测方法，包括以下步骤：
[0009] (1)选择相控阵超声波检测仪，准备成套的符合客户验收标准的平底孔试块，选取 厚度为6mm-150mm的铝合金预拉伸板作为待检测板材，将板材放置在相控阵超声波检测仪 的升降台上，随升降台浸入水槽内的水中；
[0010] (2)根据被检测板材的厚度进行以下操作：a.调用符合客户验收标准的距离-波 幅曲线；b.选用频率5-15MHZ的线性相控阵超声波探头；c.设置高、低通滤波；d.选择虚拟 探头激发的晶片数；e.选择虚拟探头的激发模式；
[0011] (3)使用平底孔试块的上表面对相控阵超声波探头的晶片进行校准和增益补偿；
[0012] (4)使用平底孔试块进行距离-波幅曲线校准；
[0013] (5)根据板材规格设定扫描范围，使用小于300mm/s的速度进行超声波扫描，扫描 步进需保证超声波有效声束覆盖50%以上，水温保持在7°C -37°C ;
[0014] (6)对可疑区域进行评估，标记缺陷，并根据评估结果出具报告；
[0015] (7)控制升降台将板材提升到水面以上，并对板材进行干燥。
[0016]本发明中，步骤（2)中线性相控阵超声波探头的晶片数为64-256个。晶片宽度为 0? 6mm、晶片间距为0? 1mm、晶片高度为10mm。
[0017] 高低通滤波的应用主要在于超厚板探伤。超厚板的检测难点在于检测的噪音信 号比薄板的强。噪音信号容易造成误判。必须通过适当地设置高低通滤波才能提高超声 波检测的有效性。在本发明步骤（2)中，高通滤波设置是以相控阵超声波探头中心频率 为基准，降低1. OMHz-2. 5MHz ;低通滤波设置以相控阵超声波探头中心频率为基准，提高 1. OMHz-5. 0MHz。当检测厚度大于100mm的板材时，高通滤波与探头中心频率的差值设为 1. 5-2. 5MHz ;低通滤波与探头中心频率的差值设2. 5-5. 0MHz ;当检测厚度大于150_的板 材时，高通滤波设为8. 5MHz，低通滤波设为12. 5MHz。
[0018] 进一步地，步骤（2)中，虚拟探头激发的晶片数为每次激发9-30个晶片，更优选为 每次激发9-30个晶片，虚拟探头的激发模式可选择为单个虚拟探头激发或多个虚拟探头 平行激发，最优选为2-3个虚拟探头平行顺序激发。
[0019]进一步地，在步骤（3)中，对相控阵超声波探头的晶片进行校准和增益补偿时， 调节探头角度使试块上表面回波达到最大值，保证探头与试块上表面垂直；调节增益使试 块上表面回波波高在满屏以下；将超声波闸门放置在试块上表面回波上；调节增益使试块 上表面回波波高刚好达到满屏30% -100%范围的某一固定波幅，固定波幅优选为满屏的 80%，并记录下该补偿增益值；对相控阵探头上的晶片逐个进行校准并获得补偿增益值，将 每个晶片的补偿增益值一一对应地施加至每个晶片上；其中，相控阵超声波晶片之间的增 益补偿变差为8dB以下，优选为6dB以下，更优选为4dB以下。
[0020] 进一步地，所述根据板材规格设定扫描范围的方法是：将摄像头安装在相控阵超 声波探头正上方，拍摄方向垂直于水槽的水面，用于拍摄相控阵探头与被检测板材的相对 位置；将摄像头获取的探头位置实时影像传输至超声波系统的人机界面；在距离待检测板 材四个角纵向和横向各100mm-400mm的位置设置超声波扫描的参考点，使用待检测板材四 个角的待参考点获得矩形的超声波扫描区域。
[0021] 进一步地，所述对可疑区域进行评估的方法为：使用C-扫描图获得疑似缺陷的位 置信息，然后通过控制系统使超声波探头移动到疑似缺陷大致位置的上方；通过调节声束 入射角度使疑似缺陷波幅至最高，并与相应验收等级参考试块的人工缺陷波幅高度比较， 判断疑似缺陷是否超标。
[0022] 进一步地，所述对缺陷进行标记的方法为：在所述相控阵超声波探头的升降轴上 固定有汽缸，气缸活塞杆通过弹簧连接有打标蜡笔，对缺陷进行标记时，气缸驱动蜡笔压在 待检测板材表面上，蜡笔跟随探头升降轴沿着水平平面运动，画出一个直径为l〇〇mm-400mm 的圆形标记。
[0023] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0024] 1、本发明的相控阵超声波检测技术可以根据被检测板材的厚度设置相应的相控 阵晶片激发法则，精确地控制虚拟探头（Virtual Aperture)的参数，因此，仅需调用适当的 晶片激发程序就可以完成不同厚度规格板材检测工艺的切换，从而避免了需要频繁更换探 头并调用特定检测工艺的麻烦。
[0025] 2、本发明使用线性相控阵超声波探头进行超声波扫描，其扫描步进达172mm，而单 个点聚焦探头的扫描步仅约1_，本发明可以大幅提尚检测效率。
[0026] 3、本发明调节超声波声束垂直于被检测板材表面的操作方便，多个水浸式点聚焦 探头或多个漆刷式探头需要调节角度使超声波垂直入射被检测板材表面时工作量很大，而 本发明水的浸式相控阵超声波探头集成了上百个独立晶片，仅需做一次调节就可以达到超 声波垂直入射的目的，因此可提高检测效率。
[0027] 4、本发明的相控阵超声波探头的校准方便。水