超声相控阵新技术应用-淬硬层测量

应用背景：

       淬硬层是通过将材料加热至临界温度,然后迅速冷却,从而使晶体结构发生变化,形成一种新的组织结构。使其表面层硬化，从而提高材料的硬度和耐磨性。淬硬层的应用在许多工业领域中都非常重要，如汽车制造，航空航天，船舶制造和建筑材料等，尤其是在需要表面硬度较高而心部强度要求不高的零件中。

       淬硬层深度是指沿垂直于硬化表面的方向进行测量，当硬度值下降到规定的数值时，这一点距离硬化表面的深度,通常以含50%马氏体的组织来测量。量化淬硬层深度可以评估钢材的淬透性,淬硬层深度越大，表明钢材的淬透性越好。淬硬层深度的测量可以采用多种方法，包括物理测试、化学测试和显微组织检查等。

检测原理示意图

使用具有FMC-PCI功能的相控阵主机和高频64或32晶片线阵探头搭配横波楔块

扇扫检测效果

64晶片聚焦较32晶片聚焦，界面更加清晰

使用64晶片FMC-PCI技术检测效果

硬化层内信号较为干净，本体噪声小，非硬化层位置噪声高，信号较杂乱

PCI技术介绍

PCI是一种不需要波幅的技术。其信号处理完全基于用于生成TFM图像的基本A扫描的相位信息。

PCI的工作原理：

首先，对采集的A扫描进行归一化处理。

然后，比较TFM区域中每个位置的每个A扫描的相位分布。

对于某一特定位置，A扫描之间的相干性越高，该位置的信号响应就越强（大值可达100%）。

与来自高频背景噪声的非相干信号响应相比，缺陷产生的反射和衍射会产生相干响应。这样就能非常容易地识别缺陷，尤其是在噪声大或衰减性材料中的微小缺陷。

结论

通过使用高频探头可以较为容易的判断淬火组织和母材组织晶粒度的差别，利用PCI技术优化了检测结果。相对于做金相显微镜观察组织差异需要破坏工件，使用超声波这种无损检测技术节约和成本和时间。

关键的是，淬硬层和母材有着明显的界面，有助于实时测量。