段建刚，熊 瑛

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，沈阳 110043）

航空发动机结构件、叶片等零件常用中小直径棒材（φ8～φ58）进行加工制造，棒材的缺陷检测成为保证结构件、叶片等零件加工和使用质量的主要手段[1-3]；小直径棒材为曲界面入射，目前国外航空发动机公司多采用水浸线聚焦超声检测方法对小直径棒材进行缺陷检测，而棒材直径>φ58 时接近平界面入射，可采用点聚焦超声检测方法，棒材直径<φ8 时纵波检测区域太小适宜采用其他检测方法[4]。线聚焦探头是针对小直径棒材曲界面入射的一种特殊应用，点聚焦探头是用于平界面入射的工件检测，点聚焦探头入射到棒材曲界面圆周方向的声束进入棒材后会迅速发散，导致声束指向性变差，检测灵敏度和信噪比均低于线聚焦探头。超声波从声透镜经历折射后进入水介质[5]，然后入射到水-金属圆柱界面进入棒材，期间声束发生了多次变化[6-7]，探头选择和使用不当会造成检测灵敏度和信噪比降低，特别是检测钛合金棒材时容易引起杂波升高造成误判。目前，有关点聚焦探头在平面工件的检测研究[8-9]，可参考进行平面工件水浸超声聚焦检测时探头的选择和使用；有关点聚焦探头在球体工件上的检测研究[10]，可参考进行球体工件水浸超声聚焦检测时探头的选择和使用；但未开展线聚焦探头在圆柱体工件（棒材）的相关研究，因此开展线聚焦探头在圆柱体工件中的研究对中小直径棒材水浸超声检测时探头的选择和使用具有重要意义。

针对上述问题，本研究对线聚焦探头声场不同区域的声束反射特性和棒材中声束指向性等影响检测灵敏度和信噪比的因素展开研究。

线聚焦探头声反射特性测量方法的确定

线聚焦探头的声反射特性与x、y和z3 个方向有关，综合考虑测量反射体足够小和直度的情况下选择φ1.5mm 钢棒作为测量反射体，以焦距F处y和z两个方向的声反射特性测量进行测量方法示意，如图1所示，其中晶片长度L、宽度d，声透镜为圆柱面，可分别测量声束的（-2dB）宽度、（-3dB）宽度和（-6dB）宽度；由于（-6dB）宽度测量时反射波幅降低50%，试验可操作性更强，测量结果更准确，故测量时选择（-6dB）宽度。

图1 测量示意图Fig.1 Sketch map of measurement

x与y方向是线聚焦探头聚焦特性的主要方向，决定棒材中声能的分布情况，进而影响检测灵敏度，而z方向决定探头在棒材轴线上的螺距设置，如图2所示（其中S为螺距），故研究线聚焦探头检测灵敏度应对探头x与y方向的声反射特性进行测量。

图2 线聚焦探头z 方向对棒材检查的影响Fig.2 Effect of z-direction of line focusing probe on bar inspection

通过测量线聚……