相控阵超声检测技术的应用及其新标准介绍

摘要：文章对相控阵超声检测技术的特点和概念进行介绍，对相控阵超声检测技术的原理进行分析，并对近年来针对相控阵超声检测技术所制定的新标准和规定内容进行研究，以供参考。

关键词：相控阵超声检测技术；应用；新标准 1引言

相控阵超声检测技术是一种对缺陷进行准确定位、形象化表征以及定性和定量评估的技术，其与其他的无损检测技术如A型脉冲回波以及TOFD等技术相比可以获得更多的波形信息，以及具有较高的缺陷检测和评估能力，不仅可以对缺陷进行检测和2D成像，甚至可以进行3D成像来进对缺陷进行更为形象和直观的显示，因此此技术在目前的工业领域中有着广泛的应用，并主要在航空航天、船舶航运、特种设备、核电设施以及武器装备等领域中影响。但是目前我国对相控阵超声检测技术的标准比较缺乏，因此就需要相应的标准来作为检测依据和技术支撑。

2相控阵超声检测技术概述

相控阵超声检测技术是无损检测技术中的新型且先进的检测技术，其基本方法就是采用电子方法来对声束进行控制来实现聚焦和扫描，这样就可以大大提高检测速度，而且可以实现对焦点尺寸、焦区深度以及声束方向的控制，提高了无损检测的分辨力以及信噪比。此种技术进行检测之后的数据可以通过电子文件的形式进行存储，而且整个操作过程比较灵活和简单，检测所需要的费用也较低。此外，此种无损检测技术还通过仿真成像技术对具有较为复杂几何形状的工件进行检测，而且能够在检测现场立即生成相应几何形状的图像，实现对具有复杂结构和形状工件中缺陷的直观显示，便于对工件中缺陷的位置进行快速判断，而且所显示的形式也比较多元化。正是由于此种技术在进行扫描时具有较快的速度，因此可以通过保机械化检测的方式对焊缝进行检测来缩短检测时间，而且在检测过程中可以不直接与工件进行接触，只是通过相控阵探头就可以实现检测目的，而且所使用的检测探头可以多次重复使用较长的时间，因此大大降低了每次检测的费用。

3相控阵超声检测技术原理

相控阵超声检测技术所采用的超声相控阵采用的换能器为单独的换能器，而且这些换能器会按照一定的规则进行组合和排列，通常会排列为以为一维线阵、矩形阵形或者圆形阵形等。不同阵形所组成的相控阵其具有不同的有效孔径，这样就可以实现对不同场合进行应用。这些采用不同阵形进行排列的换能器通过计算机来进行控制，并且通过计算机可是实现对声波发射和接收延迟时间的控制，这样就可以将不同的换能器所发出的声波进行叠加。这样就可以按照惠更斯原理来形成不同的声场用于不同场合中所需要的无损检测。其中一维线性阵平行声束就是一个线性阵形按照从左向右的顺序进行依次激发，而且在此过程中不需要进行延时法则的应用，然后就会在相控阵探头的各个换能器部位产生平行声束用于进行无损检测。而对于一维非平行声束来说，其主要是通过计算机软件来对相控阵探头中的各阵元进行控制并确保其采用不同的延时法则，此种方法在焊缝无损检测中比较常用。其原理就是通过对不同延时法则的控制来确保阵列一侧到另一

侧的延时间隔会逐渐变大，这样就会在检测波阵面出现一个平面波，而且此平面波由于具有一定的偏转角度而形成扇形波束。通过计算机软件可以对工艺参数中的最小角度和最大角度进行设置来确定角度范围，然后按照不同的坡口形式和不同的板厚来确保扇形波束能够对整个焊缝截面进行全面覆盖。这样在采用相控阵超声检测技术对焊缝进行探伤检测的过程中，就可以通过一维的线性扫查方式来提高探伤效率。

4相控阵检测标准及应用

由于国外对于相控阵检测技术的研发和应用比较早，因此在国际上已经形成了相关检测仪器的制造和使用标准，以及对焊缝进行相控阵超声检测的相关标准操作方法等，但是由于这些标准在不同的行业以及不同国家中应用时会存在一定的适用性问题，因而导致在早期相控阵超声检测技术的发展和应用中受到一定的限制。因此，在2012年国际上开始组成并形成了关于焊缝无损检测中使用自动相控阵超声检测技术的相关标准，对于推动相控阵超声检测技术的应用以及相关标准的建立具有推动作用。此标准中还详细介绍了相控阵超声检测技术的应用范围、试块、灵敏度、校核等。然后在2015年ISO也发布了关于相控阵超声设备以及探头和组合的标准，对于此阶段的相控阵检测技术应用中缺少的设备。探头以及组合设备的标准缺乏的问题进行了解决。随后在2016年还发布了关于相控阵换能器信号总和不饱和概念的相关标准，对相控阵超声检测技术应用中容易被忽视的问题进行解决。此外，在相控阵超声检测技术的实际应用中，通常为了对检测的灵敏度进行提高，检测人员会人为对设备的发射电压值进行提高，但是这就会出现经过延时法则求和之后的反射信号会存在不按线性变化的问题，这就会对导致采用此技术进行缺陷定量时出现不准确的问题。因此就需要在采用此技术进行每次检测时，都需要对经过延时法则求和的反射信号判断为最高点的时候对信号的不饱和状态进行检查。

关于相控阵探头也有相关标准，主要是对探头的频率、带宽以及脉冲持续时间的测试进行了规定和介绍，而且也规定了探头的相对脉冲回波灵敏度变化和探头灵敏度的测试方法等。采用此标准就可以根据其对不同探头各阵元之间信号串扰的判定方法来检查探头的合格性。此外，还有针对超声相控阵系统中组合系统的相关标准，并且对相控阵系统通道分配、阵元相对灵敏度、失效阵元的识别、声束特性以及放大系统线性等确定方法进行了规定，其中也包括对相控阵探头的前沿以及折射角度进行确定的规定。尤其是在经过一段时间的检测之后以及进行稳定性测试时，需要通过对折射角和入射点的值进行测定来实现对缺陷位置的准确判定。 5结语

在目前的工业领域中新兴的相控阵超声检测技术在应用中表现出具有较快的扫查速度并且可以直观显示缺陷以及对缺陷进行准确定位等优点，不仅如此，此种检测技术的操作方法较为简单且每次的检测费用较低，因此在众多场合都对射线检测等无损检测技术进行取代，且表现出良好的经济性和适用性。针对近年来关于相控阵超声检测技术所发布的新标准及其相应的变化进行分析之后，可以看出目前的相控阵超声标准已经基本完善，在实际应用中可以达到事半功倍的良好效果。

参考文献：

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