以增强检测可靠性的核电站关键部件超声仿真技术的研究及应用项目成果鉴定材料技术研究总结报告.docx

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以增强检测可靠性的核电站关键部件超声仿真技术的研究及应用项目成果鉴定材料技术研究总结报告

技术研究总结报告

一．项目背景

核电以其清洁、经济、高效等特点，成为了中国解决能源问题的必由之路；国家《2007年核电中长期发展规划》制订了2020年前核电总装机4000万千瓦的目标，而目前已建成和在建的核电站已达到3600万千瓦；新形势下众多核电站安全、可靠运行对核电站役前和在役检查提出了更高的要求；作为核电站设备（尤其是关键设备）检验与监控重要手段的超声检测，因其快捷、方便的特点越来越受到核电和无损检测行业的重视；但从长期检验的实际效果来看，需要进一步增强超声检测的可靠度，从而提高实际缺陷判断的准确性。

因此，针对核电站关键部件的在役检查实际，研究核电站设备超声仿真技术成为了增强超声检测可靠性的一条重要途径。

通过超声仿真可以提高对超声检测过程的理解，有助于对检测结果的分析和解释；通过超声仿真，可以依据被检部件的特点对超声检测方法进行设计和优化，从而确定某个检测方法的适用性和局限性；通过超声仿真，可以实现检测人员在计算机上的训练和评估，操作人员可根据在役检查部件特点，通过实际超声检测仪器及样本来评价自身的熟练程度，大大增强了检测有效性，提高现场在役检查时的检测可靠性，缩短在役检查时在核环境中的检测时间，这也符合核电站辐射防护的ALARA原则。

苏州热工研究院有限公司为了增强超声检测的可靠性，提高国内核电设备安全、可靠运行的水平，联合武汉大学，在中国广东核电集团有限公司的大力支持，研究了“以增强检测可靠性的核电站关键部件超声仿真技术的研究及应用”项目。

通过对该项目的研究，建立了基于瑞利积分和Pencil法的声场计算模型和基于Kirchhoff、GTD和Born近似理论的超声场与缺陷相互作用理论模型；构建了适用于核电站关键部件的超声仿真环境，可以模拟核电站关键部件超声检测过程；对岭澳二期核电站3号机组反应堆压力容器、蒸汽发生器超声检测进行了现有检测工艺的可靠性分析，对岭澳二期核电站3号机组主给水流量控制系统（ARE）与辅助给水系统（ASG）接管焊缝的超声检测工艺进行优化，提高了超声检测的可靠性；将可靠性分析引入核电站在役检查，基于统计理论建立了可靠性分析的数学模型，全面而系统的提出了一套定量评定检测结果、增强检测可靠性的方法，并讨论了该方法在现场检测工艺定量评定及优化，自动化检测系统性能验证及检测人员技能鉴定等方面的应用。

二．研究方法

本项目的研究方法和技术路线为：

1、对现有的国内外超声仿真技术进行调研，开展超声波传播规律研究，并建立超声场计算模型、超声场与缺陷相互作用理论模型；

2、制作含预制缺陷的碳钢、不锈钢试板以及核电站关键部件的模拟体，并进行超声仿真结果与实验结果的对比；

3、建立核电站关键部件的CAD图库以及超声检查仿真动画；

4、建立针对核电站不同结构部件的超声仿真环境，模拟关键部件实际超声检测的过程；

5、将超声仿真平台应用到核电站关键部件的实际检测中，对现有检测工艺进行优化；

6、利用超声仿真技术，对核电站关键部件的现有检测工艺进行可靠性分析，进行自动超声检测可靠性分析及人员可靠性分析。

三．研究内容及结果

本项目主要的研究内容及结果有以下几点：

1、超声仿真技术调研

二十世纪八十年代以来，计算机技术在我国超声检测中得到了广泛的应用，主要集中在超声信号的采集、量化、处理以及超声成像系统和自动超声探伤系统的研制上。

二十世纪九十年代以来浙江大学开发出了无损检测工艺制定专家系统CAPPNDT，冶金部压力容器检测站研制了无损检测专用软件NDTS；但以超声声学理论和电磁理论为基础的、基于半解析计算声场模型的软件建模技术研究和软件开发中计算机仿真技术研究，国内目前处于相对空白，国内在超声波检测过程模拟、软件开发和仿真的研究基本没有开展。

相比于国内，国外超声仿真技术的发展则十分迅速，国外超声检测模拟和仿真的研究一方面集中在以解析方法为主开发工业应用的软件系统，进行超声波检测工艺及可行性、可靠性分析，以降低检测成本，提高效率；另一方面是采用数值方法进行模拟和仿真，针对现代工业广泛使用的各向异性材料和特殊结构件进行超声检测研究，以提高检测精度，拓宽超声波检测的应用范围。

代表性的仿真软件主要包括法国原子能委员会开发的CIVA、加拿大UTEX科学仪器公司开发的Imagine3D、瑞典无损检测模拟中心开发的simSUNDT、美国电力研究院开发的VirtualNDE和美国爱荷华州立大学开发的UTSIM等软件。

这些软件采用了不同的计算模型，其应用范围也不尽相同但各有特色，开发者们希望所开发的软件能够应用在尽可能多的工业环境中。

针对核电站关键部件的在役检查实际，通过仿真可以提高对超声检测过程的理解，有助于对检测结果的分析和解释。

此外，仿真在核工业检测中的一个重要应用是用于评价检验方法的能力验证和资质认证。

操作人员可根据在役检查部件特点，通过实际超声检测仪器及试样来评价自身的熟练程度，大大增强了检测有效性，提高现场在役检查时的检测可靠性，缩短在役检查时在核环境中的检测时间。

经过一年多的调研，发现国内目前尚无此方向的研究开发，国外也只有少数研究机构及学者对核电站主要系统超声仿真技术进行了研究，所以开展研究针对我国核电站特点的超声仿真技术非常有必要。

2、超声场计算模型

为了研究超声场在工件中的传播规律，本项目从超声束从探头发射和在工件中的传播路径出发，基于瑞利积分和Pencil法，建立声场计算模型，模拟任意探头在不同介质中的发射声场。

任意探头发射的超声声束进入工件都会首先进入耦合介质，然后穿过耦合介质与工件的界面进入工件内部。

本项目建立了各个部分的声场模型，以matlab为计算平台，基于解析算法，将发射源离散后用计算机来求解发射声场，并对不同情况分别进行编程。

利用建立起来的声场计算模型对各种核电站在役检测常用探头（如接触式探头、水浸聚焦探头、双晶探头等）的发射声场进行计算，直接得到计算区域中任意点的相对声压值，并用颜色表示各点相对声压的大小，实现了各种探头发射声场的数字化和可视化。

各种探头的发射声场见下列各图：

图2.1各向同性介质中接触式直探头（中心频率2MHz，晶片尺寸8×8mm）的发射声场

图2.2各向同性介质中15°纵波斜探头（中心频率2MHz，晶片尺寸8×8mm）的发射声场

图2.3各向异性介质中接触式直探头（中心频率2MHz，晶片尺寸8×8mm）的发射声场

图2.4非聚焦的水浸探头在耦合介质中和工件中的纵波发射声场

图2.5双晶探头的发射声场

3、超声场与缺陷相互作用理论模型

在超声仿真技术中对超声场与缺陷的相互作用进行模拟是最为关键的步骤。

针对不同的缺陷类型，超声仿真需要使用不同的模型理论。

例如：

使用基尔霍夫（Kirchhoff）近似理论可以模拟超声场和裂纹、体积缺陷等类型缺陷的相互作用；使用几何衍射理论（GTD）可以模拟超声场和平直裂纹类缺陷的相互作用；使用波恩（Born）近似可以模拟超声场和固体夹杂物类缺陷的相互作用。

本项目根据缺陷类型分别研究了超声场和各类缺陷的相互作用。

3.1基于基尔霍夫近似的缺陷回波模型

Kirchhoff近似即是在粗糙表面上任意一点利用切平面代替曲面，并把求出的切平面上的总场代入远场区散射场的积分表示式，从而求得散射场的一种方法。

Kirchhoff近似法简化了远场散射积分公式。

基于Kirchhoff近似的缺陷回波模型的建立分三步进行：

①计算入射到缺陷的声场；②研究声场与缺陷相互作用；③计算缺陷回波。

思路是由入射场的计算及声场缺陷相互作用过程得到一个脉冲信号形式的声场振幅项，然后将其与瞬时输入信号做卷积即可得到探头接收的缺陷回波信号，这可大大减少缺陷回波的计算量。

通过matlab编程计算缺陷的回波信号，程序流程如图3.1所示。

首先将探头表面与缺陷离散成微小单元，通过点源叠加的方法计算缺陷各点的声场。

应用基尔霍夫近似得到缺陷各点的散射场，叠加计算得到缺陷的回波信号。

模型应用见图3.2。

图3.1基尔霍夫近似计算程序流程图

图3.2矩形缺陷和横孔的缺陷响应

3.2基于GTD理论的边缘衍射模型

几何衍射理论GTD（GeometricalTheoryofDiffraction）是几何光学（GO）理论的延伸，几何光学是利用经典几何光学中束（beam）的思想来解释复杂介质中的波动现象，因此GO适用于参数连续变换的介质中场的计算，而对于参数非连续变换的介质中的场无能为力。

GTD能够在解决非连续场的计算的同时，保留了GO的优点——束的思想。

衍射声场的角度引进GTD建立边缘衍射模型，可以模拟声束在边缘上的衍射。

GTD模型适用于平面，凸起和凹入的边缘的衍射计算。

用matlab进行编程，来实现模型的应用。

由于，边缘衍射的方向由入射声束确定，所以对于任意两点间的声束路径为唯一或者不存在。

对于不存在的声束路径，可以令其衍射系数为0；对于已知的声束路径可以计算得到入射角，衍射角等数据，进而计算得到该声束的衍射系数。

而对于声束传播过程中幅值衰减和相位变化可以根据声场模型的理论进行计算。

因此，可以得到任意两点间的幅值和相位的关系。

将探头表面离散，对于探头上的任意两点（可以为同一点）间的发射信号与接受信号的关系可以由幅值与相位的变化计算得到。

叠加探头上所有离散点所发射的声束在探头上某一固定点的接收信号，即可得到探头上某一点的接收信号。

从而可以计算得到任意点的接收信号。

程序流程图见图3.3。

模型应用见图3.4。

图3.3基于GTD计算主程序流程图

图3.4矩形缺陷响应

3.3基于波恩近似理论的夹杂回波模型

基于基尔霍夫近似和几何衍射理论建立的声场与缺陷相互作用模型都是基于高频近似，适用于尺寸较大的体积型和面积型缺陷，而在工业检测中常出现的尺寸小于1mm的夹杂用上述两种方法处理误差较大。

引入基于低频近似（ka<1，其中k为波矢，a为缺陷尺寸）的波恩（Born）近似理论来建立声场与夹杂类缺陷相互作用模型。

引入波恩近似理论，建立了超声场与夹杂相互作用模型。

此模型主要适用于夹杂类缺陷，考虑了夹杂和介质的声速及密度的变化。

利用matlab编程，计算各种形状（球形，圆柱形，椭球形）夹杂类缺陷回波，程序流程图见图3.5所示。

模型应用见图3.6所示。

图3.5基于波恩近似理论的计算程序流程图图3.6球形夹杂的缺陷响应

4、超声仿真与实验试样

为了完成超声检测仿真过程的实验验证工作，制作了厚度范围为10~25mm的仿真用碳钢试板共计31块。

试板成分为普通碳钢。

试块焊接方法为手工电弧焊，焊条为钛钙型药皮的碳钢焊条。

为了精确确定每个试板中缺陷的位置和大小，对试板进行了射线检查和超声检查。

研发、制作了20块仿真实缺陷试板，其中含有10块不锈钢对接试板、8块不锈钢和碳钢对接试板以及2块碳钢加堆焊层试板。

每块对接试板中加工4个缺陷，每块堆焊层试板中加工9个缺陷。

缺陷的类型为裂纹（包含不同位置、方向、长度）、未融合（坡口、层间）、夹渣，气孔，涵盖了核电站关键部件常见的缺陷。

试板制作过程中采用一种特殊的焊接工艺，可以有效地将不同性质、形状、尺寸的焊接缺陷导入焊缝的不同位置，并做到缺陷性质和形状不变，缺陷尺寸、位置受控，且缺陷长、宽、高三者精度可控。

为确保缺陷设置的正确性，采用解剖检验和射线检验的方法，解剖检验时抽取不锈钢对接试板SS316L2512中的一号缺陷——焊缝中裂纹，共切片10块。

从解剖检验的结果来看，裂纹的长度缺陷长度位于18-20mm之间，小于要求偏差10%；缺陷高度平均值为4894.428μm，偏差为-2%；两项检测结果均满足要求。

此外还制作了反应堆压力容器主管道安全端焊缝试样以及主给水流量控制系统（ARE）与辅助给水系统（ASG）接管焊缝试样。

5、超声仿真结果与实验结果的对比

使用八通道MIDAS超声数据采集分析系统及45°横波接触探头、70°纵波双晶探头、60°和70°横波接触探头对不锈钢试板、异种金属焊缝试板和碳钢试板进行了检测，并利用仿真软件进行了超声仿真。

各试板的实验结果与超声仿真结果的对比见下列各图所示。

图5.1不锈钢试板SS3042001中1号缺陷实验结果与超声仿真结果对比

图5.2异种金属焊缝试板中4号缺陷碳钢侧检查时实验结果与超声仿真结果对比

图5.3异种金属焊缝试板中4号缺陷不锈钢侧检查时实验结果与超声仿真结果对比

图5.4碳钢试板25B中1号缺陷实验结果与超声仿真结果对比

由图可知，试板中各缺陷使用不同种类探头检测时，仿真结果与实验结果的误差均在±9dB之内，仿真结果与实验结果较为吻合，超声仿真结果具有较高的可靠性。

因此，可以利用超声仿真软件进行性能验证，通过模拟计算确定某一检测方法的性能，及其在工程实际中的实用性和可靠性；通过模拟仿真，设计和优化检测方法；进行“虚拟检测”，为工件的早期设计提供帮助；帮助科研人员或者无损检测人员分析实验数据，从而提高缺陷的辨识、定位和定量分析。

6、核电站关键部件的CAD图库

针对核电站关键部件的结构特点和核电站超声检查的实际情况，依据某核电站关键部件的尺寸图纸，制作了核电站关键部件的CAD图库，具体包括反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器和波动管的两维或三维模型，为超声仿真工作的进一步开展打下了基础。

图6.1核电站反应堆压力容器和蒸汽发生器

图6.2核电站稳压器和波动管

7、反应堆压力容器超声检查仿真动画

为了提高反应堆压力容器超声检查的培训效果，加深检查人员对反应堆压力容器超声检查过程的直观认识以及增强反应堆压力容器超声检查的可靠性，项目组针对某核电站反应堆压力容器TIME机超声检查，使用3DMAX软件（9.0版）制作了仿真动画。

下图为动画的一个截图。

图7.1法兰联系带扫查

8、核电站关键部件超声检测仿真

项目组利用仿真软件对某核电站反应堆压力容器、蒸汽发生器现有的超声检测工艺进行了仿真研究，这对提高核电站关键部件现场检测可靠性具有非常重要的意义。

8.1反应堆压力容器超声检测仿真

该核电站反应堆压力容器的基体材料为16MND5低合金锻钢，其为各向同性材料，纵波声速为5900m/s，横波声速为3230m/s；堆焊层材料为304L不锈钢，仿真时近似为各向同性材料，其纵波声速为5745m/s，横波声速为3192m/s。

超声仿真时，均不考虑材料衰减和噪声的影响。

该核电站反应堆压力容器的超声检查对象见图8.1。

图8.1反应堆压力容器检查区域要求

由于在核电站关键部件中，裂纹是最可能发生的一种缺陷形式且是最危险的缺陷形式，故仿真时重点考虑的缺陷类型为裂纹。

对于不同的检查部件，裂纹埋藏的位置也有所区别，如：

在对筒体及堆芯区域进行仿真时，裂纹埋藏的位置为堆焊层下和工件壁厚中部；在对接管-筒体焊缝进行仿真时，裂纹埋藏的位置为焊缝熔合线附近；在对法兰面上螺栓孔螺纹进行仿真时，裂纹埋藏的位置为螺纹齿根处距工件扫查面60mm深的位置，即第十扣螺纹处。

使用矩形缺陷（Rectangulardefect）来模拟裂纹，缺陷尺寸为10mm×10mm，考虑不同角度的缺陷，如：

0°、10°、20°、30°、45°和90°等。

对于筒体及堆芯区域，使用45°横波、55°横波和0°纵波接触探头检查时，分别以其检测70mm深φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值分别作为探头扫查时的0dB；使用70°纵波、0°纵波双晶探头扫查时，分别以其检测10mm深φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值分别作为探头扫查时的0dB。

以法兰-筒体焊缝的仿真结果为例，使用45°横波、55°横波和0°纵波接触式探头进行检测时，各个缺陷响应的最高幅值如图8.2所示；使用70°纵波、0°纵波双晶探头进行检测时，各个缺陷响应的最高幅值如图8.3所示。

图8.2法兰-筒体焊缝接触探头检查时的缺陷响应幅值

图8.3法兰-筒体焊缝双晶探头检查时的缺陷响应幅值

由图8.2可知，45°横波接触探头对与工件表面法线成45°夹角的缺陷最为敏感；55°横波接触探头对30°缺陷最为敏感；0°纵波接触探头对90°缺陷最为敏感。

因此，在实际检测时，为了避免不同方向缺陷的漏检，需要使用各种不同角度的探头进行检查。

由图8.3可知，0°纵波双晶探头对90°缺陷最为敏感，而70°纵波双晶探头对20°缺陷最为敏感。

因此，0°纵波双晶探头主要用于检测堆焊层下的未熔合、分层等，而70°纵波双晶探头主要用于检测堆焊层下与工件表面成一定角度的裂纹。

对于接管-筒体焊缝，使用45°横波、35°横波、0°纵波以及5°纵波接触式探头检查时，分别以其检测焊缝熔合线处φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值分别作为探头扫查时的0dB。

以出口接管-筒体焊缝仿真结果为例，使用45°横波、35°横波、0°纵波和5°纵波接触探头进行检测时，各个缺陷响应的最高幅值如图8.4、图8.5所示。

图8.40°剖面缺陷响应幅值图8.590°剖面缺陷响应幅值

由图可知，45°横波、35°横波接触式探头对与筒体内表面法线成30°夹角的缺陷最为敏感；0°纵波、5°纵波接触探头对0°缺陷最为敏感。

由于进口接管内壁有一个坡度为6°的锥面，故5°纵波接触探头发射声束方向与0°缺陷方向接近于垂直，此时缺陷响应最大。

因此，对于进口接管-筒体焊缝中与焊缝熔合线平行的缺陷，5°纵波接触探头的检查效果最好。

而出口接管-内壁为一个圆柱面，0°纵波接触式探头发射声束方向与0°缺陷方向垂直，此时缺陷响应最大。

因此，对于出口接管-筒体焊缝中与焊缝熔合线平行的缺陷，0°纵波接触探头的检查效果最好。

根据仿真结果还可知，对于进口接管-筒体焊缝0°剖面，45°横波、35°横波接触探头不能扫查到整个焊缝，在靠近筒体外侧的焊缝处存在一个较小的不可达区；0°纵波、5°纵波接触式探头可扫查到整个焊缝。

对于进口接管-筒体焊缝90°剖面，45°横波、35°横波接触式探头不能扫查到整个焊缝，在靠近筒体外侧的焊缝处存在一个较小的不可达区；0°纵波、5°纵波接触式探头也不能扫查到整个焊缝，其在靠近筒体内侧的焊缝处存在一个较大的不可达区。

对于出口接管-筒体焊缝0°剖面，45°横波、35°横波接触探头不能扫查到整个焊缝，在靠近筒体外侧的焊缝处存在一个较小的不可达区；0°纵波、5°纵波接触探头可扫查到整个焊缝。

对于出口接管-筒体焊缝90°剖面，45°横波、35°横波接触式探头不能扫查到整个焊缝，在靠近筒体外侧的焊缝处存在一个较小的不可达区；0°纵波、5°纵波接触探头也不能扫查到整个焊缝，其在靠近筒体内侧的焊缝处存在一个较小的不可达区。

但四种探头相互匹配，对于进口接管-筒体焊缝及出口接管-筒体焊缝，其检查范围均可以覆盖整个焊缝。

对于法兰联系带，使用0°纵波、45°横波水浸探头检查时，分别以其检测70mm深φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值分别作为探头扫查时的0dB。

各种探头的缺陷响应幅值见图8.6、图8.7。

由图8.6、图8.7可知，使用0°纵波水浸探头从法兰上表面对法兰联系带进行检查时，其对与法兰上表面法线成90°夹角的缺陷最为敏感，此时探头发射的声束轴线与缺陷方向垂直；使用45°横波水浸探头从筒体侧对法兰联系带进行检查时，其对与筒体内表面法线成45°夹角的缺陷最为敏感，此时探头发射的声束轴线与缺陷方向垂直。

图8.6法兰联系带0°纵波水浸探头检查时的缺陷响应幅值

图8.7法兰联系带45°横波水浸探头检查时的缺陷响应幅值

对于法兰面上的螺栓孔螺纹，使用15°纵波水浸探头检查时，以其检测60mm深φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值作为探头扫查时的0dB。

使用15°纵波水浸探头检查时的缺陷响应幅值见图8.8。

由图8.8可知，使用15°纵波水浸探头从法兰上表面对螺栓孔螺纹进行检查时，其对与法兰上表面法线成75°夹角的缺陷最为敏感，此时探头发射的声束轴线与缺陷方向垂直。

图8.8螺栓孔螺纹15°纵波水浸探头检查时的缺陷响应幅值

8.2蒸汽发生器超声检测仿真

某核电站蒸汽发生器管板、下封头、人孔法兰螺栓孔间联系带的基体材料为18MND5低合金锻钢，其为各向同性材料，其纵波声速为5900m/s，横波声速为3230m/s；管板下表面堆焊层材料为Inconel690，为各向同性材料，其纵波声速为5630m/s，横波声速为2960m/s；下封头内表面堆焊层为304L不锈钢，仿真时近似为各向同性材料，其纵波声速为5650m/s，横波声速为3060m/s。

超声仿真时，均不考虑材料衰减和噪声的影响。

图8.9蒸汽发生器检查范围示意图

该核电站蒸汽发生器的检查对象见图8.9所示。

本阶段工作中，对蒸汽发生器管板下封头焊缝、人孔法兰螺栓孔间联系带的超声检测进行了仿真计算。

所用探头为0°纵波、45°横波、60°横波探头，频率为1～5MHz，晶片为圆形或矩形，直径为10～30mm，矩形晶片长宽之比小于或等于1.5。

由于在核电站关键部件中，裂纹是最可能发生的一种缺陷形式且是最危险的缺陷形式，故仿真时重点考虑的缺陷类型为裂纹。

使用矩形缺陷来模拟裂纹，缺陷尺寸为10mm×10mm，并考虑了不同深度及不同方向的缺陷。

对于管板下封头焊缝，使用0°纵波、45°横波、60°横波探头检查时，分别以其检测70mm深φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值分别作为探头扫查时的0dB，则各种缺陷响应的最高幅值见图8.10和图8.11所示。

图8.10管板下封头焊缝检查时不同角度的缺陷响应幅值

图8.11管板下封头焊缝检查时不同深度的缺陷响应幅值

由图可知，0°纵波接触探头对与扫查表面法线成90°夹角的缺陷最为敏感；45°横波接触探头对45°缺陷最为敏感；60°横波接触探头对30°缺陷最为敏感。

因此，在实际检测时，为了避免不同方向缺陷的漏检，需要使用各种不同角度的探头进行检查。

由于仿真时假设缺陷为平面缺陷，缺陷取向单一，但实际缺陷多为曲面缺陷，缺陷取向极为复杂，因此仿真计算得到的结果为：

缺陷角度变化时，缺陷幅值响应变化较为剧烈，但实际情况比仿真结果更为复杂。

此外，0°纵波探头检查时，距扫查表面50mm深的缺陷响应最大；45°横波探头检查时，50mm深的缺陷响应最大；60°横波探头检查时，30mm深的缺陷响应最大。

由此可见，并非缺陷距扫查表面深度越浅幅值越大，缺陷响应大小是由探头发射的声场决定的；对于相同方向的缺陷，位于探头发射声场声压极大值点附近的缺陷，其缺陷响应最大。

对于人孔法兰螺栓孔间联系带，使用0°纵波探头检查时，以其检测40mm深φ2横通孔所获得的A扫最高值为100％满屏作为参考值，将其仿真计算得到的最高幅值作为探头扫查时的0dB，则各种缺陷响应的最高幅值见图8.12和图8.13所示。

图8.12与扫查表面法线成不同夹角的缺陷响应幅值

图8.13距扫查表面不同深度的缺陷响应幅值

由图可知，使用0°纵波接触式探头进行检查时，距扫查表面40mm深，与扫查表面法线成不同夹角的缺陷中，90°缺陷的回波幅值最大，此时，超声探头发射的声束方向与缺陷方向垂直；与扫查表面法线成90°夹角，距扫查表面不同深度的缺陷中，40mm深缺陷的回波幅值最大，与声场计算结果（声压极大值点距扫查表面深度为35mm）相符。

由于在进行仿真计算时，未考虑下列因素的影响：

工件表面的耦合状况、工件的结构噪声、工件表面粗糙度、楔块磨损等，且声速测量结果存在一定误差，因此，超声仿真结果与实际检测结果存在一定的误差，但这不影响我们根据超声仿真