通過使用計算機控制的陣列式超聲波探頭簡化超聲波探傷過程中(zhōng)探頭的運動方式，實現超聲波探傷的自動化和智能化，超聲波探傷過程形成原始的探傷記錄，在确定焊接缺陷的性質、數量、尺寸、形狀、位置等的基礎上，使探傷結果更加直觀可靠，降低人工(gōng)勞動強度。
1.引 言
爲了保證船體(tǐ)建造質量，對船體(tǐ)焊縫必須進行探傷。超聲波探傷是船體(tǐ)結構焊縫檢測常用的無損探傷方法。但是超聲波探傷也有缺點。首先，由探傷人員(yuán)填寫的探傷記錄，不象射線探傷那樣能夠留下(xià)較爲客觀原始的探傷憑證，這對于船廠的質量管理及質量保證體(tǐ)系來說，是明顯的缺憾;特别是在船體(tǐ)結構出現破損事故時，超聲波檢測結果不能對事故原因分(fēn)析起到應有的作用。其次，超聲波探傷的結果不直觀，無法準确确定焊接缺陷的性質、數量、尺寸、形狀、位置等，不能爲焊接缺陷的确診、修複提供明确的依據。超聲波探傷往往隻能成爲射線探傷的一(yī)種前導性或輔助性探傷手段，也就是說在工(gōng)程實際應用中(zhōng)，一(yī)般先進行超聲波探傷，超聲波探傷認爲有問題的部位，再進行射線探傷，這一(yī)點在船舶建造過程中(zhōng)顯得尤爲突出。最後，超聲波探傷對操作人員(yuán)的技術、素質要求較高。大(dà)量的焊縫、長時間的工(gōng)作極有可能使探傷人員(yuán)在探傷過程中(zhōng)造成誤判、漏判。這與國外(wài)強調焊接生(shēng)産及探傷的全自動化、低成本化、技能化、過程的集約化以及産品的高可靠性、高安全性是完全相悖的。克服和解決超聲波探傷的缺點，提高超聲波探傷結果的可追溯性、可靠性、直觀性以及提高工(gōng)作效率、降低探傷成本和改善工(gōng)作環境，成爲超聲波探傷技術發展的必然趨勢。本文在利用計算機控制技術的基礎上，提出智能化超聲波探傷系統。
2.系統原理
圖1是普通超聲波探傷原理示意圖，A、B、C是探傷時處于不同位置時的超聲波發射探頭，探頭發射的超聲波與金屬的上表面 1，下(xià)表面 2，二次反射表面 3相遇在檢測儀器上形成表面反射脈沖、底面反射脈沖和二次反射脈沖。如果在底面反射脈沖和二次反射脈沖之間，出現新的反射脈沖4，則說明在焊縫中(zhōng)有焊接缺陷4，如探頭處于B位置。否則說明焊縫中(zhōng)無焊接缺陷，如探頭處于A、C位置。缺陷的位置可由出現缺陷反射脈和二次反射脈沖的相對位置來确定，缺陷的形狀、尺寸等則由探頭在垂直于焊縫方向上的連續運動中(zhōng)是否出現缺陷脈沖來确定，這也是超聲波探傷的難點所在。爲了對焊縫剖面進行全面檢測，需将探頭沿垂直于焊縫的方向移動，同時，爲了對整條焊縫進行檢測需将探頭沿焊縫的方向移動。爲此超聲波探傷過程就是探頭在平行與和垂直于焊縫的方向上作鋸齒狀運動，與此同時，探傷者還應密切注視檢測儀器上是否出現缺陷脈沖。
要實現超聲波探傷的自動化，首先要簡化超聲波探傷過程，即簡化超聲波探頭的運動狀态，應用超聲波探頭陣列的方式可以達到簡化探頭運動的目的，如圖 2所示。用多個探頭沿垂直于焊縫方向排列，由計算機控制各個探頭的工(gōng)作，在某一(yī)時刻隻有一(yī)個探頭工(gōng)作，探頭陣列隻需做勻速直線運動。
計算機捕捉表面反射脈沖、底面反射脈沖、二次反射脈沖。無損檢測資(zī)源網當缺陷反射脈沖出現時，可根據缺陷反射脈沖與底面反射脈沖和二次反射脈沖之間的相對位置、以及捕捉到缺陷的探頭的位置即聲程，确定缺陷在該剖面上的位置。由于探頭無需在垂直于焊縫的方向上移動，隻需做勻速直線運動，在捕捉到各個剖面上的缺陷之後，計算機可以通過對各個剖面上的缺陷影像進行集成即可确定缺陷性質、數量、尺寸、形狀、位置等缺陷要素，同時形成了超聲波探傷的原始記錄。從而實現了超聲波探頭與焊縫的相對運動、缺陷的捕捉、過程存儲的自動化，以及缺陷判别的智能化。
陣列式超聲波探傷的一(yī)個缺點是可能忽視微小(xiǎo)的焊接缺陷，即探傷的精度有一(yī)定的限制。這主要是由于用陣列式探頭取代單探頭的橫向運動，從而使超聲波對焊縫金屬的連續掃描變爲離(lí)散掃描，超聲波束離(lí)散掃描的間距就爲超聲波探傷對缺陷的最大(dà)分(fēn)辨率。爲了提高分(fēn)辨率，可通過降低超聲波探頭尺寸的方式，使一(yī)定尺寸範圍内盡可能多地布置探頭。當由于超聲波探頭尺寸的限制而無法提高分(fēn)辨率時，可采用複排陣列式超聲波探頭，可成倍提高分(fēn)辨率。
3.系統實現
智能化超聲波探傷系統組成如圖4所示。陣列式超聲波探頭采用分(fēn)時工(gōng)作方式，計算機通過超聲波探頭選通信号确定某個探頭處于工(gōng)作狀态，同時對超聲波探頭驅動電路發出允許發射信号，超聲波探頭驅動電路使被選通的探頭發射超聲波，該探頭接收到回波信号經放(fàng)大(dà)傳回到計算機，計算機即可顯示焊縫處某個深度上是否有缺陷。通過每一(yī)個探頭的輪流工(gōng)作，即可知(zhī)道該剖面焊縫上是否有缺陷，如果有缺陷，則缺陷的起始深度和終止深度即可被确定。
超聲波探頭陣列在焊縫長度方向上的移動可以确定缺陷的起始位置、終止位置和長度。圖5是超聲波探傷結果示意圖。根據缺陷在深度和長度方向上的特征可以确定缺陷的性質。
複排陣列式超聲波探頭則需要探頭沿焊縫方向處于勻速直線運動狀态，因爲這樣計算機才能将沿焊縫方向上不同位置上的探頭上的信号集成到一(yī)個焊縫截面上，達到提高分(fēn)辨率的效果。
