環陣相控陣探頭對螺栓檢測
環陣相控陣探頭螺栓檢測
1. 背景
在現代工業領域大量使用螺栓進行緊固連接，包括橋梁、風電、高鐵等許多關鍵部件的連接。其中還有一些是帶中心孔的螺栓，而這些帶中心孔的螺栓檢測成為螺栓檢測中的難題。
本課題嘗試通過環陣相控陣探頭對螺栓進行裂紋檢測，從而解決了中心孔對檢測的影響。
2. 實驗方法
主機：Omniscan X3
探頭：5D26-12-64
試塊：螺栓試塊帶刻槽缺陷，刻槽位置為距螺帽表面20mm（在螺帽與螺桿交界處），80mm，140mm，刻槽深度1mm。
3. 實驗結果
3.1 使用環陣探頭+相控陣線掃的檢測結果
先看激發8個晶片的檢測結果，其中20mm處螺帽與螺桿交界處的刻槽缺陷檢測結果如下。
缺陷深度21.89mm。
80mm處的刻槽缺陷檢測結果如下，缺陷位置深度78.89mm。
140mm處的刻槽缺陷檢測結果如下，缺陷位置深度138.17mm。
其他條件不變，改變一次激發晶片數量至4個晶片的檢測結果如下，較淺的20mm和80mm缺陷較清晰，但140mm處的缺陷信號比較弱。
改變一次激發晶片數量至2個晶片的檢測結果如下，此時幾乎無法發現140mm處的缺陷信號。
而如果增加一次激發晶片數量至16個晶片的檢測結果如下，140mm處的缺陷信號更加清晰，但由于晶片環形排列，16晶片跨越的弧度較大，無法有效形成聚焦，因而信號被拉長放大。這與線陣探頭的信號成像規律剛好相反。
如果增加一次激發晶片數量至32個晶片的檢測結果如下，此時由于32晶片跨越了一半的晶片寬度，也就是整個半個圓弧的晶片都被激發，此時由于這32個晶片不在一條水平線上直線排列，而是半圓弧型排列，聲束無法聚焦，信號變形嚴重，也幾乎無法發現140mm處的缺陷信號。
小結
由上面的線掃檢測結果可知，當使用8個晶片進行螺栓檢測時可以得到相對更好的檢測結果，而使用更少的晶片激發時，由于激發晶片過少，聲束穿透能力降低，檢測更深的缺陷的能力變弱；而使用更多的晶片激發時，由于激發晶片增加，導致晶片由于不在一條直線上而造成聚焦能力反而降低，信號被拉長放大。
3.2 使用全聚焦的檢測結果
使用全聚焦技術同樣可以發現這些刻槽缺陷，且深度和位置與實際一致，缺陷信噪比較好。
但由于該試塊是不帶中心孔的螺栓試塊，所以需要考慮如果檢測帶中心孔的試塊可能對全聚焦聲束合成造成的影響。
3.3 使用線陣探頭扇掃的檢測結果
使用線陣探頭，并使用扇掃同樣可以發現這些缺陷，但如果要發現20mm位置的螺帽與螺桿交界處的刻槽，則需要使用楔塊以增大進入螺栓的入射角，且該刻槽缺陷與螺帽的邊緣底面信號很接近，比較難分辨。
如果想檢測80mm和140mm位置的缺陷，則需要使用不帶楔塊的方式，以避免由于楔塊的固有回波影響檢測結果。
下面是80mm和140mm位置缺陷的檢測結果，需要強調的是這兩個缺陷無法在一個位置被發現，需要旋轉探頭才能夠被發現。
4. 總結
檢測方法比較
（1） 使用環陣探頭+線掃方式，可以有效檢測出試塊上的缺陷。針對此環陣探頭，使用8個晶片激發可以得到*優化的檢測效果。
（2） 使用環陣探頭+全聚焦方式，同樣可以有效檢測出試塊上的缺陷，且其信噪比較高。
（3） 使用線陣探頭+扇掃方式，可以檢測出試塊上的三個缺陷，但對于20mm位置的缺陷需要使用楔塊，而對于80mm和140mm的缺陷需要卸掉楔塊，也就是說需要二次檢測。同時需要旋轉探頭以覆蓋360°方向上的所有缺陷。
環陣探頭相比于線陣探頭的優勢：
（1） 環陣探頭無需旋轉即可發現所有角度上的缺陷，而線陣探頭需要旋轉至少180°才能發現所有角度上的缺陷。
（2） 環陣探頭無需使用楔塊即可發現近表面的螺帽與螺桿連接區域的缺陷，而線陣探頭需要使用楔塊來增大偏轉角度才能發現此處的缺陷。
（3） 環陣探頭可以檢測中間帶孔的螺栓，而線陣探頭檢測中間帶孔的螺栓信號會受到阻擋，而導致不可檢。 本文來源：工業檢測大時代
