考虑声衰减和声频散的聚乙烯超声相控阵缺陷检测仿真模型

摘要

聚乙烯(PE)具有声衰减和声频散特性,复合频率超声在PE中传播时,信号频谱向低频方向移动导致波形发生畸变。目前PE超声相控阵检测采用固定的群速度设计延时法则,未考虑波形畸变的影响,当检测深度较大时,聚焦的焦柱直径大,检测信噪比低。在理想波动方程的基础上,考虑声衰减和声频散的影响,提出将复合频率超声信号分解为多个单频信号的数值处理方法,计算并叠加各单频信号的传播规律,建立复合频率超声信号传播模型。利用该模型进行超声相控阵缺陷检测的有限元模拟,结果表明,当模型考虑PE声衰减和声频散特性时,模拟结果与试验检测结果更接近,焦点所在深度的孔洞缺陷信号幅值偏差为11.77%。为验证模型有效,考虑复合频率超声信号传播的群速度随检测深度变化规律,改进超声相控阵检测的延时聚焦法则,并应用于大壁厚PE管超声相控阵检测。检测结果表明,聚焦区域的内壁面回波信号增强了5.1%,非聚焦区域的缺陷信号增强6.1%。