CN116381052A - 一种tofd检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，该方案采用CIVA仿真技术对带有模拟缺陷的不同壁厚的外筒模型试块进行TOFD检测工艺仿真研究，能够根据工件结构特点、典型缺陷及分布形式，采用不同探头及检测工艺参数，模拟分析工件中不同参数状态下的声场分布规律及缺陷信号反馈情况，确定出适合于不同缺陷检测的最佳检测工艺参数和探头参数配置。
Description
技术领域
本发明涉及的是超声波检测技术，尤其是一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法。
背景技术
在现有技术中，风洞低温液氮储槽的外筒经过长时间的使用容易出现腐蚀凹坑和裂纹等缺陷，由于外筒中储存的大量液氮因此在日常检测时不能进行开罐检测，需要使用TOFD检测技术对外筒内表面进行检测，确定了缺陷危害存在后，再排出液氮开罐检修。但是由于外筒的种类较多，壁厚也各不相同，很难直接确定使用何种探头进行检测较为合理，如果探头选择不合理，则可能出现对外筒内表面的缺陷检测遗漏情况，导致液氮泄露、***等安全事故发生。
因此，急需一种科学、精确的能够针对的外筒的不同壁厚来选择最适合检测的探头参数配置的方法，这是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法的技术方案，该方案采用CIVA仿真技术对带有模拟缺陷的不同壁厚的外筒模型试块进行TOFD检测工艺仿真研究，能够根据工件结构特点、典型缺陷及分布形式，采用不同探头及检测工艺参数，模拟分析工件中不同参数状态下的声场分布规律及缺陷信号反馈情况，确定出适合于不同缺陷检测的最佳检测工艺参数和探头参数配置，为试块、楔块及探头的设计及选择以及检测工艺优化及降低检测成本提供必要的依据及指导。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，包括有以下步骤：
a、根据待测外筒壁厚尺寸范围建立无缺陷声场仿真试块CIVA结构模型；
b、根据待测外筒壁厚尺寸范围建立缺陷响应仿真试块CIVA结构模型；
c、选择不同的探头对无缺陷声场仿真试块进行声场仿真，根据仿真结果总结得到TOFD声场能量分布随探头参数变化的规律，初步确定适配外筒壁厚尺寸范围的探头参数配置；再采用适配的探头参数配置对缺陷响应仿真试块进行缺陷响应仿真及仿真结果分析，获得不同探头对缺陷的上尖端衍射回波幅值。
d、根据步骤c得到的不同探头对缺陷的上尖端衍射回波幅值，选择上尖端衍射回波幅值最高的探头作为最终确定的探头参数配置。
作为本方案的优选：步骤a中，针对外筒的壁厚尺寸的范围，建立多个壁厚等间距的无缺陷声场仿真试块，试块最大尺寸大于外筒的最大尺寸，试块的最小尺寸与外筒的最小尺寸一致。
作为本方案的优选：步骤b中，建立的缺陷响应仿真试块CIVA结构模型主要分为两类：
一类为：壁厚相同，缺陷尺寸不同的多个缺陷响应仿真试块；
另一类为：缺陷尺寸相同，壁厚范围与外筒壁厚范围一致且壁厚间距相等的多个缺陷响应仿真试块；
上述两类缺陷响应仿真试块的缺陷类型均包含有模拟裂纹和模拟腐蚀凹陷的两种缺陷。
作为本方案的优选：步骤c中，在进行仿真前需要建立声场仿真参数和缺项响应仿真参数；
声场仿真的参数设置的基本原则为：将发射探头及接收探头的声束交点设置于检测区域位置；保证超声波束对要求检测区域完全覆盖；
声场仿真参数包含探头参数、检测参数及计算参数；
缺陷响应仿真参数包括探头参数、检测参数、缺陷参数及计算参数。
作为本方案的优选：步骤c中，对无缺陷声场仿真试块进行声场仿真并初步确定适配外筒壁厚尺寸范围的探头参数配置的步骤为：
c1、选择多个不同的探头，对壁厚最大的无缺陷声场仿真试块进行声场仿真，获取当声束角度为 45°、将探头的声束交点设置于试块底面存在缺陷的位置时，探头频率、探头直径变化引起声场分布变化的规律；再分别对各不同壁厚的无缺陷声场仿真试块进行仿真，分析并得出各试块底面位置声波能量最高时对应的探头参数；
c2、通过步骤c1得到的声场仿真数据和声场能量分布随探头参数变化的规律，基于探头对声束交点处形成波幅大于90％的聚焦区域面积最小且检测信噪比及缺陷分辨率最高的原则，选择得出针对不同壁厚试块的适配的探头参数配置。
作为本方案的优选：步骤c中，针对缺陷响应仿真试块进行缺陷响应仿真的步骤为：
c31、内表面危害性缺陷响应仿真分析：
c31-1、对相同壁厚、不同模拟裂纹尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值；
c31-2、对不同壁厚、相同模拟裂纹尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值；
c32、内表面非危害性缺陷响应仿真分析：
c32-1、对相同壁厚、不同模拟腐蚀凹陷尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值；
c32-2、对不同壁厚、相同模拟腐蚀凹陷尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值。
作为本方案的优选：步骤d中，最终确定的探头参数配置需要根据外筒的不同壁厚选择对应的上尖端衍射回波幅值最高的探头。
作为本方案的优选：探头的参数配置为：发射角度均为45°时，发射探头的频率和直径。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用CIVA仿真技术对带有模拟缺陷的不同壁厚的外筒模型试块进行TOFD检测工艺仿真研究，能够根据工件结构特点、典型缺陷及分布形式，采用不同探头及检测工艺参数，模拟分析工件中不同参数状态下的声场分布规律及缺陷信号反馈情况，确定出适合于不同缺陷检测的最佳检测工艺参数和探头参数配置，为试块、楔块及探头的设计及选择以及检测工艺优化及降低检测成本提供必要的依据及指导。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本实施例中选择的外筒测试参数为：
内表面危害性缺陷超声响应仿真分析：
1-1、相同壁厚条件下，母材上的不同裂纹尺寸缺陷的TOFD检测信号响应强度分析。如壁厚52mm，裂纹深1mm、宽0.5mm、长1~10mm（间隔1mm）等条件下信号响应强度。
1-2、相同壁厚条件下，焊缝上的不同裂纹尺寸缺陷的TOFD信号响应强度分析。如壁厚52mm，裂纹深1mm、宽0.5mm、长1~10mm（间隔1mm）等条件下信号响应强度。
1-3、相同裂纹尺寸条件下，不同壁厚母材上裂纹缺陷的TOFD检测信号响应强度分析。如裂纹深1mm、宽0.5mm、长2mm,壁厚30mm~52mm（间隔2mm）等条件下信号响应强度。
1-4、相同裂纹尺寸条件下，不同壁厚焊缝上裂纹缺陷的TOFD检测信号响应强度分析。如裂纹深1mm、宽0.5mm、长2mm,壁厚30mm~52mm（间隔2mm）等条件下信号响应强度。
内表面非危害性缺陷超声响应仿真分析：
2-1、相同壁厚条件下，母材上的不同表面腐蚀凹坑尺寸缺陷的TOFD检测信号响应强度分析。如壁厚52mm，腐蚀凹坑深1mm、直径1~10mm（间隔1mm）等条件下信号响应强度。
2-2、相同壁厚条件下，焊缝上的不同表面腐蚀凹坑尺寸缺陷的TOFD检测信号响应强度分析。如壁厚52mm，腐蚀凹坑深1mm、直径1~10mm（间隔1mm）等条件下信号响应强度。
2-3、相同表面腐蚀凹坑尺寸条件下，不同壁厚母材上表面腐蚀凹坑的TOFD检测信号响应强度分析。如腐蚀凹坑深1mm、直径2mm,壁厚30mm~52mm（间隔2mm）等条件下信号响应强度。
2-4、相同表面腐蚀凹坑尺寸条件下，不同壁厚焊缝上表面腐蚀凹坑的TOFD检测信号响应强度分析。如腐蚀凹坑深1mm、直径2mm,壁厚30mm~52mm（间隔2mm）等条件下信号响应强度。
在分析仿真研究内容中关于试块及缺陷类型、尺寸及其变化范围等规定基础上，确定针对各试块缺陷 TOFD 检测所使用的探头频率、探头直径及声束角度三个主要参数的范围。由于缺陷都位于试块底部，优选 45°声束角度，并将探头的声束焦点设置于试块底面的缺陷位置处，基于上述原则，本仿真使用的 TOFD 方法主要检测参数范围见表 1。
具体步骤为：
a、建立无缺陷声场仿真试块CIVA结构模型：
由于表 1 中进行声场仿真的试块壁厚范围为 30～ 52mm，变化间隔为 2mm，由于试块中声场能量的分布主要取决于产生超声波的探头频率、探头直径及声束角度等参数，为更好地描述壁厚范围为 30～52mm 试块中的声场能量分布，仿真模型壁厚设置为 60mm。按照标准规定，TOFD 声场仿真时优选 45°声束角度，并将探头声束交点设置于试块底面缺陷位置处(声束交点在 52mm 位置)，对于壁厚 60mm 试块中声场能量分布与探头频率及探头直径之间关系的规律分析可涵盖壁厚从 30mm 到52mm 变化时的声场分布规律。
因此，根据仿真内容要求用于声场仿真的CIVA 模型壁厚最大尺寸为60*320*450mm，并同时建立多个壁厚30～52mm(以 2mm 间隔变化)的CIVA 模型。
b、建立缺陷响应仿真试块CIVA结构模型：
按照选择的外筒测试参数，缺陷响应仿真试块CIVA 模型可统一为两个系列：
系列一：相同壁厚条件下，不同尺寸缺陷的模型试块：
S1：尺寸为60*320*450mm(厚*宽*长)，试块下表面刻有深度 1mm，宽度 0.5mm，长度为 1～10mm(间隔 1mm)10 个人工槽用于模拟储槽外筒内表面不同尺寸的裂纹缺陷（危害性缺陷）。
S2：尺寸60*320*450mm(厚*宽*长)，试块下表面钻深度 1mm，直径为 1～10mm(间隔 1mm)10 个人工平底孔用于模拟储槽外筒内表面不同尺寸的腐蚀凹坑缺陷（非危害性缺陷）。
系列二：不同壁厚尺寸下，相同尺寸缺陷的模型试块：
S3：尺寸为 30*200*100mm(厚*宽*长)，试块厚度 30～52mm(厚度变化间隔2mm)，试块的下表面刻深度 1mm，宽度 0.5mm，长度 2mm 的人工槽模拟储槽外筒内表面裂纹缺陷（危害性缺陷）。
S4：30*200*100mm(厚*宽*长)，试块厚度 30～52mm(厚度变化间隔 2mm)，试块的下表面钻深度 1mm，直径 2mm 的平底孔模拟储槽外筒内表面腐蚀凹坑缺陷（非危害性缺陷）。
c、仿真参数设置、声场仿真以及缺陷响应仿真：
进行声场仿真的参数设置：
声场仿真参数设置的基本原则为：①将发射探头及接收探头的声束交点设置于检测区域位置；②保证超声波束对要求检测区域完全覆盖。
本实施例中的声场仿真参数包含探头参数、检测参数及计算参数等，具体参数设置见表 2。
进行缺陷响应仿真的参数设置：
缺陷响应仿真参数包括探头参数、检测参数、缺陷参数及计算参数设置，探头参数及检测参数设置见表 2，缺陷参数及计算参数设置见表 3。
缺陷响应参数设置中计算区域和探头随动，因此该区域尺寸应合理设置，既能保证运算精度又能保证运算速度。
c1、无缺陷声场仿真试块声场仿真：
衍射时差法超声(TOFD)检测时将带有发射探头及接收探头的扫查装置置于试块外表面，并使内表面处的缺陷位于两探头连线的中点位置，发射探头发出的超声波沿着工件表面以最短路径传播被接收探头接收形成直通波，发射探头发射的 45°超声波到达工件底面经反射后被接收探头接收形成底波。当工件底面位置存在缺陷时，声波在缺陷上下尖端产生衍射，衍射波被接收探头接收后形成明显的上下尖端衍射信号， 由于上下尖端衍射信号在工件中传播时间不同，因此在 TOFD 视图扫描中直通波以下底波以上区域中可以看到缺陷衍射信号图像，如果缺陷位于底面，则可观察到缺陷位置处的底波产生明显扰动，根据信号图像及特征可对该处存在的缺陷尺寸及性质进行判定。
基于上述声学原理，选取表 1 中主要仿真参数，设置声束角度为 45°；探头频率分别选择 3MHz、4MHz、5MHz；探头直径分别选择 6mm、9mm、12mm，将发射探头和接收探头的声束交点设置于深度 52mm 位置，在壁厚 60mm 无缺陷声场仿真试块模型上进行声场仿真，以得到声场能量分布随上述参数变化的规律。
再分别对壁厚 30～52mm(2mm 间隔)的各无缺陷声场仿真试块进行仿真，分析并给出各试块底面位置声波能量最高时对应的探头参数。
具体的声场能量分布规律的获取过程为：
①、采用声束角度为 45°，探头频率不变，探头直径减小的组合，对60mm 无缺陷声场仿真试块模型进行声场仿真，探头参数配置见表4。
由上述仿真结果可知：声束角度为 45°，探头频率不变，探头直径减小时，探头半扩散角增大，两探头交点处-12dB 扩散区域逐渐变大，TOFD覆盖范围增加，但探头直径减小导致发射声能降低，在金属中穿透性降低，从而导致整体检测信噪比降低。
综上所述，在满足声束穿透性及覆盖前提下，两探头交点处形成聚焦区域面积(波幅大于90％)越小则检测信噪比及缺陷分辨率越好，各探头交点位于壁厚52mm深度处波幅大于90％区域面积分别为： 5MHz，6mm探头(8.6*9.1mm)＞5MHz，12mm探头(5.8*5.6mm)＞5MHz，9mm探头(5.5*4.8mm)。
②、采用声束角度为 45°，探头直径不变，探头频率减小的组合，对60mm 无缺陷声场仿真试块模型进行声场仿真，探头参数配置见表 5。
由上述仿真结果可知：声束角度 45°，探头直径不变，探头频率减小时，探头半扩散角增大，探头交点处-12dB 扩散区域逐渐变大，TOFD覆盖范围增加，探头频率减小，波长增大，在金属中穿透性增强，但纵向及横向分辨率降低。
综上所述，在满足声束穿透性及覆盖前提下，探头对交点处形成聚焦区域面积(波幅大于90％)越小则检测信噪比及缺陷分辨率越好，各探头交点位于壁厚52mm深度处波幅大于90％区域面积分别为：3MHz，12mm探头(8.6*8.3mm)＞4MHz，12mm探头(6.8*6.6mm)＞5MHz，12mm探头(5.8*5.6mm)。
③规律总结：
综合上述仿真结果，对于 TOFD 探头而言，两探头交点处聚焦区域的面积对于检测工艺设计是比较重要的，该区域面积越大则声束在试块中覆盖范围变大，但随着覆盖范围增大，信噪比会降低；该聚焦区域面积越小，则在试块中的横向分辨率越好，从而检测信噪比越高；探头频率不变，探头直径增大，则声束在试块厚度方向上的穿透力增大； 探头直径不变，探头频率增大，声束在试块厚度方向上的穿透力降低，横向分辨力及纵向分辨力增大，检测信噪比增大。
TOFD 检测几个主要参数指标(覆盖范围、穿透力、信噪比、分辨率等)与探头频率及探头直径之间的关系见表 6。
c2、初步确定用于内表面缺陷 TOFD 检测适配的探头参数：
按照步骤c1中得到的声场仿真数据及表 6 中 TOFD 检测主要参数指标与探头频率及探头直径之间关系，对试块壁厚 30～52mm(以 2mm 间隔变化)的试块进行声场仿真后，能够初步确定内表面缺陷 TOFD 检测适配的探头参数，见表7。
试块壁厚为30mm时，可选择表7中探头1，随着试块壁厚增加，检测信噪比降低时(小于10dB)，可依次选择探头2及探头3。
c3、进行缺陷响应仿真：
c31、内表面危害性缺陷响应仿真分析：
c31-1、壁厚 52mm 试块内表面变尺寸模拟裂纹缺陷响应仿真及结果分析：
结合步骤c2中确定的适配的探头参数（表7）再综合参考表4和表5中的探头参数配置，构成表8中的探头参数配置，对壁厚 52mm 试块内表面变尺寸模拟裂纹进行缺陷响应仿真，以便对步骤c1中的声场仿真结果及声场分布规律进一步验证，通过该仿真得到优化的检测工艺参数。
本仿***要通过缺陷响应仿真结果中，相同增益下，不同探头对同一裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值比较，结合声场仿真规律，确定出较为适合的探头配置。
上表中各探头参数配置进行缺陷响应仿真的缺陷回波幅值见表 9。
仿真结果分析：
①各探头的上尖端衍射回波幅值由高至低依次为：5M-9、5M-12、3M-6、5M-6、3M-9、3M-12。由于本缺陷响应仿真未考虑材料晶粒度及衰减影响，而实际检测中，当壁厚大于50mm 时，探头直径为 6mm 的探头半扩散角很大，由此造成的衰减也急剧增大，同时较小的探头直径发射声能也较小。若考虑上述影响，则壁厚 52mm 试块内表面各缺陷检测时可不考虑5M-6 及 3M-6 探头；通过声场仿真可知对于 5M-9 及 5M-12 而言，两探头在缺陷波幅值上相差不大，直径 9mm 的探头对于底面的波束覆盖要远大于直径 12mm 的探头。
②当缺陷长度为 3mm 时，从缺陷仿真视图可见频率为 3MHz 的探头基本无法看到缺陷显示，主要原因是考虑材料晶粒度及衰减影响前提下，对于小缺陷而言检测能力主要取决于探头频率，当缺陷大于 3mm 时，各探头的回波幅值区分度已较为明显。
③综合考虑材料衰减、声波穿透力、波束覆盖、检测分辨力及信噪比基础上，对于壁厚 52mm 试块内表面裂纹检测而言，为检测到尺寸更小的缺陷，应优先选择的探头为5M-9，当检测信噪比降低(小于 10dB)时可选用频率更低的探头如 3M-9 进行检测。
c31-2、壁厚 30～52mm(2mm 间隔)试块底面定尺寸模拟裂纹缺陷响应仿真：
使用表7中给出的探头参数，对壁厚 30～52mm(以 2mm 间隔变化)试块内表面尺寸为1*0.5*2mm 的模拟裂纹缺陷进行缺陷响应仿真，对缺陷上尖端衍射回波幅值进行比较， 进一步验证声场仿真结果，各壁厚试块底面缺陷响应仿真结果及相应的最佳探头参数配置见表 10。
c32、内表面非危害性缺陷响应仿真分析：
c32-1、壁厚 52mm 试块内表面变尺寸模拟腐蚀凹坑缺陷响应仿真及结果分析：
结合步骤c2中确定的适配的探头参数（表7）再综合参考表4和表5中的探头参数配置，构成表11中的探头参数配置，使用表11中各探头参数配置对壁厚 52mm试块内表面变尺寸模拟腐蚀凹坑进行缺陷响应仿真，以便对步骤c1中的声场仿真结果及声场分布规律进一步验证，通过该仿真得到优化的检测工艺参数。本仿***要通过缺陷响应仿真结果中，相同增益下，不同探头对同一裂纹缺陷上尖端衍射回波幅值比较，结合声场仿真规律，确定出较为适合的探头配置。
上表中各探头参数配置进行缺陷响应仿真的缺陷回波幅值见表12。
仿真结果分析：
由表 12 的不同直径模拟腐蚀凹坑上端点衍射回波幅值结果对比可知：
①各探头回波幅值由高至低依次为：5M-9、5M-12、5M-6、3M-9、3M-6、3M-12。由于本缺陷响应仿真未考虑材料晶粒度及衰减影响，而实际检测中，当壁厚大于 50mm 时， 探头直径为 6mm 的探头半扩散角很大，由此造成的衰减也急剧增大，同时较小的探头直径发射声能也较小。若考虑上述影响，则壁厚52mm 试块内表面各缺陷检测时可不考虑5M-6 及3M-6 探头；通过声场仿真可知对于 5M-9 及 5M-12 而言，两探头在缺陷波幅值上相差不大，直径 9mm 的探头对于底面的波束覆盖要远大于直径 12mm 的探头。
②当腐蚀凹坑直径小于 3mm 时，从缺陷仿真视图可见频率为 3MHz 的探头基本无法看到缺陷显示，主要原因是考虑材料晶粒度及衰减影响前提下，对于小缺陷而言检测能力主要取决于探头频率，当缺陷大于3mm 时，各探头的回波幅值区分度已较为明显。
③综合考虑材料衰减、声波穿透力、波束覆盖、检测分辨力及信噪比基础上，对于壁厚 52mm 试块内表面裂纹检测而言，为检测到尺寸更小的缺陷，应优先选择的探头为5M-9，当检测信噪比降低(小于 10dB)时可选用频率更低的探头如 3M-9 进行检测。
c32-2、壁厚 30～52mm(2mm 间隔)试块内表面定尺寸模拟腐蚀凹坑缺陷响应仿真：
使用表7中给出的探头参数，对壁厚30～52mm(以 2mm 间隔变化)试块内表面尺寸1*Ø2mm的模拟腐蚀凹坑缺陷进行缺陷响应仿真，对缺陷回波的声压降低值进行比较，进一步验证声场仿真结果，各壁厚试块底面缺陷响应仿真结果及相应的最佳探头参数配置见表13。
d、确定最终探头参数配置和检测工艺：
根据步骤c的仿真数据及结论，形成了以下探头参数配置和检测工艺，如表 14 所列。
本实施例采用CIVA仿真技术对带有典型缺陷的不同壁厚低温液氮储槽外筒构件进行TOFD检测工艺仿真研究，建立了低温液氮储槽外筒试块 TOFD 检测CIVA仿真模型，根据检测及仿真研究目的要求及NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测第三部分：超声检测》标准相关规定，确定了探头频率、探头直径及声束角度范围，通过声场仿真及缺陷响应仿真计算得出影响检测结果的主要参数：探头频率、探头直径及声束角度与声场在试块中能量分布之间的关系，并给出了相对优化的检测参数，本仿真还得到了以下结论：
①使用接触式TOFD方法利用衍射声波在缺陷上下端点传播时间不同的原理检测低温液氮储槽外筒内表面裂纹缺陷是比较有效的方法，对于低温液氮储槽外筒内表面腐蚀凹坑缺陷是相对有效的方法；
②对于低温液氮储槽外筒内表面缺陷，由于缺陷深度较浅且长度较短，实际检测时应优先使用推荐的频率较高的探头以保证足够的检测分辨力及灵敏度，当检测信噪比降低时，可依次选用推荐的频率较低的探头；
③本仿真未考虑材料晶粒度及衰减对检测的影响，实际检测时可依据探头参数与声场能量分布之间的规律灵活选择探头，以保证在检测灵敏度及信噪比满足要求前提下，具有较好的纵向及横向分辨力，由此满足低温液氮储槽外筒内表面各类缺陷检测要求。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：包括有以下步骤：
a、根据待测外筒壁厚尺寸范围建立无缺陷声场仿真试块CIVA结构模型；
b、根据待测外筒壁厚尺寸范围建立缺陷响应仿真试块CIVA结构模型；
c、选择不同的探头对无缺陷声场仿真试块进行声场仿真，根据仿真结果总结得到TOFD声场能量分布随探头参数变化的规律，初步确定适配外筒壁厚尺寸范围的探头参数配置；再采用适配的探头参数配置对缺陷响应仿真试块进行缺陷响应仿真及仿真结果分析，获得不同探头对缺陷的上尖端衍射回波幅值；
d、根据步骤c得到的不同探头对缺陷的上尖端衍射回波幅值，选择上尖端衍射回波幅值最高的探头作为最终确定的探头参数配置。
2.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述步骤a中，针对外筒的壁厚尺寸的范围，建立多个壁厚等间距的无缺陷声场仿真试块，试块最大尺寸大于外筒的最大尺寸，试块的最小尺寸与外筒的最小尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述步骤b中，建立的缺陷响应仿真试块CIVA结构模型主要分为两类：
一类为：壁厚相同，缺陷尺寸不同的多个缺陷响应仿真试块；
另一类为：缺陷尺寸相同，壁厚范围与外筒壁厚范围一致且壁厚间距相等的多个缺陷响应仿真试块；
上述两类缺陷响应仿真试块的缺陷类型均包含有模拟裂纹和模拟腐蚀凹陷的两种缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述步骤c中，在进行仿真前需要建立声场仿真参数和缺项响应仿真参数；
声场仿真的参数设置的基本原则为：将发射探头及接收探头的声束交点设置于检测区域位置；保证超声波束对要求检测区域完全覆盖；
声场仿真参数包含探头参数、检测参数及计算参数；
缺陷响应仿真参数包括探头参数、检测参数、缺陷参数及计算参数。
5.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述步骤c中，对无缺陷声场仿真试块进行声场仿真并初步确定适配外筒壁厚尺寸范围的探头参数配置的步骤为：
c1、选择多个不同的探头，对壁厚最大的无缺陷声场仿真试块进行声场仿真，获取当声束角度为 45°、将探头的声束交点设置于试块底面存在缺陷的位置时，探头频率、探头直径变化引起声场分布变化的规律；再分别对各不同壁厚的无缺陷声场仿真试块进行仿真，分析并得出各试块底面位置声波能量最高时对应的探头参数；
c2、通过步骤c1得到的声场仿真数据和声场能量分布随探头参数变化的规律，基于探头对声束交点处形成波幅大于90％的聚焦区域面积最小且检测信噪比及缺陷分辨率最高的原则，选择得出针对不同壁厚试块的适配的探头参数配置。
6.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述步骤c中，针对缺陷响应仿真试块进行缺陷响应仿真的步骤为：
c31、内表面危害性缺陷响应仿真分析：
c31-1、对相同壁厚、不同模拟裂纹尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值；
c31-2、对不同壁厚、相同模拟裂纹尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值；
c32、内表面非危害性缺陷响应仿真分析：
c32-1、对相同壁厚、不同模拟腐蚀凹陷尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值；
c32-2、对不同壁厚、相同模拟腐蚀凹陷尺寸的缺陷响应仿真试块进行仿真：
采用前序步骤中获取的适配的探头参数配置和缺陷响应仿真参数进行缺陷响应仿真，获取各探头针对各裂纹缺陷的上尖端衍射回波幅值。
7.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述步骤d中，最终确定的探头参数配置需要根据外筒的不同壁厚选择对应的上尖端衍射回波幅值最高的探头。
8.根据权利要求1所述的一种TOFD检测外筒内表面缺陷的探头参数确定方法，其特征是：所述探头为超声波发射探头；探头的参数配置为：角度均为45°时，发射探头的频率和直径。
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