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1、相控阵技术中国特种设备检测研究院全国特种设备无损考委会郑晖一 相控阵定义超声相控阵技术是利用电子方式控制相控阵探F头合成的声束来实现超声波发射、接收的方法F 相控阵探头有多个小晶片，其每一个晶片被独立的激发,并施加不同的时间延迟,以实现声束的角度和聚焦可在很大的范围内变化。超声相控阵技术可以产生和常规超声波相同的声束和角度但它与常规超声检测不同的是能精确的以电子方式控制声束的角度和焦点尺寸。Source: NDT On-line三 超声成像F 显示方式：A型显示和超声成像方法F A型显示波形显示，超声信号的幅度与传播时间的关系直角坐标 示波管的电子束是振幅调制F 超声成像 B、C、D、S、P型
2、显示等用超声波获得物体可见图像的方法，主要采用扫描接收信号、再进行图像重构的方式，因此又称为超声称为超声扫描成像技术。超声图像可提供直观和大量的信息，直接显示物体内部情况，且可靠性、复现性高，可以对缺陷进行定量动态监控物体内部的声波传播演示. photoelastic.avA /B/C /D 扫描显示F 将示波管的电子束作强度调制，即用荧光屏上的每一点代表被测工件某个截面上的一个点，而用该点的亮度大小表示从工件内对应点测得的回波振幅的大小，就得到B、 C、D显示四 相控阵探头F 相控阵探头的特点是压电晶片不再是一再是一个整体，而是由多个相互独立的小晶片组成的阵列，每个小晶片称为一个单元，每个晶
3、片都有各自的接头、延时电路和A /D 转换器且晶片之间彼此声绝缘。常见的探头阵列Y=8.0线形矩形12345678910111213141516X=-7.9, Y=-8.0 - X=7.9Y=4.4环形圆形161514131211102 3 4567891Y=1.94812162024283237111519232731261014182226301591317212529X=-3.9, Y=-1.9 - X=3.9Y=6.54847464530294944312817165032188715274351331993261426421523420104513254161533521111224
4、4060362223395459373855585657X=-6.5, Y=-6.5 - X=6.5X=-4.4, Y=-4.4 - X=4.4五相控阵仪器基本要求：F 多通道F 对多晶片探头的精确激发F 高速大容量数据采集和传输F 软件方面常用算法和计算能力；仪器举例六 相控阵基本原理F 常规超声检测多用声束扩散的单晶探头，超声场沿声束轴线分布。而相控阵探头阵列是许多相同的小晶片，由于每个小晶片均可视为辐射柱面波的线状波源，当采用一个有序的时间间隔（即相位）激发探头阵列小晶片时，这些线状波源的波阵面就会产生波的干涉，形成所需的整体波阵面；超声能量传播到工件中，反射的能量会被探头阵列接收，并按
5、照一定的信号相位规则合成为一个超声信号。F 相控阵技术的关键之一在于探头阵列晶片激发的相位关系，即相控阵探头中每个晶片激发的延迟量，称为延迟法则，不同的延迟法则具有不同的声束特点。七相控阵扫描方式F 在超声检测中往往要进行声束扫描。常用的扫描方式有机械扫描和电子扫描。F 机械扫描又有线扫描、扇形扫描、弧形扫描和圆周扫描等几种形式，比如大家在检测焊缝时经常使用的锯齿形扫描；F 电子扫描则是在探头不移动的情况下依靠电子系统激励换能器形成的扫描方式（晶片的时间多路传输技术）线形扫描、扇形扫描、深度聚焦动态深度聚焦线形、扇形、深度聚焦扫描扇形扫查和线形扫查结合F 将两种扫查结合起来可以得到独特的视图八
6、 相控阵的优点和局限性与传统的手工超声检测和射线检测相比，优点：F 检测灵活性高、速度快，现场检测时只需对环焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测。F 超声成像，检测结果直观、重复性好，可实时显示。在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判。也可打印、存盘，实现检测结果的永久性保存。F 可检测复杂形面或难以接近的部位。F 缺陷定位准确，检测灵敏度高。F 作业强度小，无辐射无污物。相控阵的局限性F 对工件表面光滑度要求较高、对温度有温度有一定的敏感性。F 仪器调节过程复杂，调节准确性对检测结果影响大。F 对手工电弧焊的检测效果低于自动焊。F 检测对象有局限性。F 设备价格较高。应用
7、之一：涡轮焊接转子检测相控阵检测:相控阵探头:5 MHz, 16晶片, 16 mm x 16 mm，55度斜楔扇形扫查30-60度的横波做步进为1度探头机械扫查：沿圆周轴向试块:EDM槽2 mm x 0.5 mm应用之二：叶片根部的扇形扫查应用之三：涡轮叶的根部检测应用之四：扇形扫查2.1应用之五：焊缝检测示例：单探头相控阵检测应用之六、管道环焊缝相控阵检测F 其基本方法是将焊缝沿厚度方向分成若干个分区，每个分区用两个通道检测，检测系统必须具有足够多的通道。每个分区用一对或两队聚焦探头检测熔合线上的缺欠，体积型缺欠采用非聚焦探头检测。检测结果以图像形式显示，分为A、B、TOFD三种显示方式。扫查器在管道环向自动扫查，扫查一次即可对整个焊缝厚度方向的分区进行全面检测，自动将检测结果和声耦合显示在图像上。F 从原理上看，管道环焊缝相控阵全自动超声检测综合采用脉冲反射法和衍射时差法（TOFD）；F 从探头接触方式看，采用直接接触法。F ASTM E1961-1998DNVOS-F101中石油“管道对接环焊缝全自动超声波检测” 标准