仪器仪表学报

作者：申鑫，涂君，宋旖旎，张付春，宋小春

单位：申鑫,1.湖北工业大学机械工程学院武汉430068； 2.湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068,,涂君,1.湖北工业大学机械工程学院武汉430068； 2.湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068,Juntu@hbut.edu.cn,宋旖旎,华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074,,张付春,1.湖北工业大学机械工程学院武汉430068； 2.湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068,,宋小春,1.湖北工业大学机械工程学院武汉430068； 2.湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068,

关键词：无损检测;电磁超声换能器;超声聚焦;焊缝缺陷检测

基金：湖北省重点研发项目 (2024BAB065) 资助

尽管无损检测技术在工业领域有较广泛的应用，在满足焊缝缺陷的高精度、高分辨率检测需求时仍面临巨大挑战。以核电、船舶等领域的板焊缝为例，其结构通常尺寸紧凑、分布位置复杂，常位于边角、加强筋交汇处或其他难以接近的区域，对检测探头的体积和布置方式提出了严格要求，往往只能在焊缝附近进行检测。现有超声检测多依赖接触式耦合或体积较大的换能器，难以兼顾狭小空间下的激励效率和缺陷识别灵敏度，且在面对小尺寸缺陷时信噪比较低。为此，设计了一种新型双弧V型点聚焦电磁超声换能器，采用双弧曲折线圈与V型对称布局，在限定激励超声能量区域的同时显著提升了激励波束的方向性与聚焦性能。通过建立有限元模型，系统分析了V型夹角、圆心角及近场区对换能器聚焦性能和缺陷响应幅值的影响，并优化了双弧线圈弧度和V型夹角等关键参数，从而增强了对表面及近表面微小缺陷的响应能力。随后搭建实验平台，对焊缝中的裂纹和气孔缺陷进行了检测。研究表明，传统换能器对微裂纹和孔状缺陷的检测效果有限，而所提出的新型换能器不仅能够获取清晰的反射信号，在检测尺寸为10mm×0.5mm×0.2mm的裂纹及直径1mm的气孔时，最低信噪比达到23.41dB，显著提升了检测灵敏度，为复杂结构焊缝缺陷检测提供了一种高灵敏度、非接触式检测新方案。

来源：2025年第7期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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