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1、超聲相控陣檢測起落架焊縫系統(tǒng)探究 摘要：超聲相控陣檢測技術(shù)近年來被廣泛利用在航空工件檢測領(lǐng)域。與傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)相比，相控陣技術(shù)檢測精度更高，可操縱性更強(qiáng)，利用相位延遲，控制聲束偏轉(zhuǎn)聚焦，達(dá)到檢測目的。本文利用超聲相控陣技術(shù)對某型殲擊機(jī)起落架焊縫進(jìn)行無損檢測，比傳統(tǒng)超聲檢測精度更高，操作更簡易。關(guān)鍵詞：超聲波檢測相控陣技術(shù)殲擊機(jī)起落架中圖分類號：TP274.53文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9416（2013）10-0117-02每年我國空軍殲擊機(jī)訓(xùn)練飛行中，難免有事故發(fā)生，其中包括駕駛員技術(shù)失誤造成的事故，也包括了飛機(jī)軟硬件系統(tǒng)故障引發(fā)的事故。多數(shù)事故皆發(fā)生在起飛著陸階段，與著陸階段
2、影響最大的就是起落架安全。起落架在工藝鑄造過程中，難免內(nèi)部存在孔洞、裂縫、表面缺陷、鑄件殘缺等缺陷[1]。相對于起落架的外部缺陷，焊縫的內(nèi)部缺陷，如氣孔、夾雜、內(nèi)部裂紋、疏松等缺陷，就很難通過常規(guī)的方法發(fā)現(xiàn)，潛在的危害更大，一旦出現(xiàn)事故，后果往往致命。5超聲相控陣技術(shù)檢測精度高，穿透力強(qiáng)，適用度廣，便于操作，可以將檢測結(jié)果以圖象形式進(jìn)行保存，在航空設(shè)備檢測領(lǐng)域有廣泛的使用，并可以針對缺陷類型，進(jìn)一步改良起落架制造工藝[2]。1傳統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)傳統(tǒng)的超聲波檢測系統(tǒng)，一般由發(fā)射電路，換能器，回波接收電路，主控電路，顯示裝置共同組成，其檢測原理如圖1所示：目前我們最常用的超聲無損檢測方法是超聲脈
3、沖回波法，超聲波傳播到兩種不同的介質(zhì)界面時，會產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象。與固體介質(zhì)的聲阻抗相比，空氣的聲阻抗小得多。因此超聲通過固體和空氣界面幾乎是全反射。當(dāng)工件完好時，超聲波直接傳播到達(dá)工件底面，接收器接收到底面回波信號。而當(dāng)工件中有缺陷時，接收器可以接收到一個缺陷回波信號，可以通過分析缺陷回波信號與底面回波信號，來判斷缺陷的大小、形狀、距離[3]。2超聲相控陣檢測2.1超聲相控陣檢測技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)相比，相控陣超聲技術(shù)有著其無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。相控陣技術(shù)采用電子方法控制超聲波生束的偏轉(zhuǎn)聚焦，在不移動或者少移動探頭的情況下實現(xiàn)掃描，而傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)只能通過不斷變換檢測位置達(dá)到檢測目的；
4、通過聲束聚焦的方法，可以提高聲場強(qiáng)度，提高其可達(dá)性，可對復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的工件進(jìn)行掃描；控制聲束焦點(diǎn)強(qiáng)度以及深度，可以提高信噪比，靈敏度。52.2超聲相控陣檢測原理多個換能器晶片按照一定的結(jié)構(gòu)排列，構(gòu)成陣列，可以通過調(diào)整單個換能器發(fā)射信號的相位延遲，產(chǎn)生聲束波陣面偏轉(zhuǎn)和聚焦的效果，使檢測更具有操縱性，針對性。以線型陣列探頭為例，通過改變陣元的激勵時間，使其按照一定的延時發(fā)射聲波，可實現(xiàn)對生束的控制，當(dāng)激勵信號的延時呈線性分布時，可合成新的波陣面，使聲束發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)激勵信號的延時呈一定的曲率分布時，可控制聲束發(fā)生聚焦，以及偏轉(zhuǎn)聚焦。超聲相控陣檢測系統(tǒng)就是通過控制觸發(fā)信號的延遲，達(dá)到控制聲束偏轉(zhuǎn)與聚
5、焦的目的，整套系統(tǒng)控制原理如圖6：相控陣單元發(fā)射延遲電路接收到觸發(fā)單元發(fā)射的脈沖后，根據(jù)設(shè)定參數(shù)，按不同的延遲對探頭換能器發(fā)射脈沖，從而形成超聲波偏轉(zhuǎn)或者聚焦。超聲波遇到卻先后，會產(chǎn)生回波，由探頭中的陣元進(jìn)行接收。陣元接收到信號后，經(jīng)相控陣接收延遲及累加單元處理，消除各信號間的時間差并進(jìn)行累加，提高信噪比。經(jīng)接收延遲累加后的信號傳送至數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行分析處理，呈現(xiàn)出檢測結(jié)果。3相控陣檢測殲擊機(jī)起落架焊縫系統(tǒng)實驗設(shè)計本文采用的相控陣陣列形式，為16陣元，單個陣元長度8mm，寬度0.8mm，間距0.4mm。5傳感器頻率5MHz[4]。采用一維線陣列曲面探頭，扇形掃查方式，掃查范圍30°-70°，
6、分辨力0.4。被測工件為4個直徑10cm鑄鐵材質(zhì)起落架外套筒。觀察信號時，如果發(fā)現(xiàn)信號幅值突然變大，就說明該處存在缺陷。檢測結(jié)果如圖7所示：由圖7可知，超聲波聲束是50°，增益為20dBA。扇形掃描中，有三條水平直線，第一條是工件下表面位置界線，一次回波檢測區(qū)域位于第一條直線上方；第二處是上表面分界線，位于第一條與第二條直線之間；第二處與第三處之間為三次回波檢測區(qū)域。檢測過程中可能存在偽缺陷，而偽缺陷一般分布在上下表面交界處，所以（3）號試件內(nèi)部完好，一般傳統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)不能檢測出工件存在的偽缺陷，而超聲相控陣檢測技術(shù)可以顯示出偽缺陷[5]。4結(jié)語針對殲擊機(jī)起落架檢測難，精度低的弱點(diǎn)，本文
7、采用超聲相控陣技術(shù)改良檢測手段，通過實驗證明了超聲相控陣檢測技術(shù)的精度高，操作簡易。與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比，超聲相控陣技術(shù)有著巨大優(yōu)勢：（1）能夠通過電子技術(shù)改變掃查角度，改變波束聚焦的角度和焦距深度，完成對大曲率半徑工件的全面檢測，配合楔塊使用，可以提高設(shè)備適用性；（2）高精度測量，檢測結(jié)果客觀可見，操作簡便，可以降低對操作人員的要求，便于工業(yè)化量產(chǎn)化。參考文獻(xiàn)5[1]李衍.焊縫超聲檢測相控陣參數(shù)與缺陷顯示的相
