超声波相控阵技术在无损检测中的应用
超声相控阵检测技术及应用
超声相控阵检测技术及应用
近年来，随着科技的不断发展，超声相控阵检测技术成为了一种
非常重要的无损检测技术，应用广泛于各个领域，比如航空、航天、
汽车、电力等工业领域。
超声相控阵检测技术是利用超声波在材料中传播、反射、衍射、
散射等原理进行缺陷检测的一种技术。
它能够对复杂结构的材料进行
高精度、高效率、无损的检测和评估，能够检测出各种缺陷，如裂纹、气孔、夹杂等，同时还能够评估材料的力学性能、耐久性和可靠性。
相比传统的超声检测技术，超声相控阵检测技术具有优越性。
它
可以通过调整控制器上的参数，实现多角度、多方向、多频率的超声
波束所覆盖的测试区域，不仅可以提高检测精度，还可以缩短检测时间，并大大降低了误判率。
在实际应用中，超声相控阵检测技术的应用不断发展和完善。
在
航空领域，超声相控阵检测技术被广泛应用于飞机结构和发动机叶片
的缺陷检测，大大提高了飞机的安全性能和可靠性。
在汽车领域，超
声相控阵检测技术被应用于对汽车组件的检测，如汽车发动机的缸体、缸盖和曲轴等部件的缺陷检测，有效提高了汽车的性能和安全性能。
在电力领域，超声相控阵检测技术被用于检测钢轨、钢板、桥梁和引线、绝缘子等电力设备，提高了电力设备的性能和安全性，对电力行
业和国家电网的建设起到了至关重要的作用。
总之，超声相控阵检测技术在工业生产和科学研究中发挥着不可替代的作用，其应用领域越来越广泛，技术也在不断地完善和提高，将使得未来的无损检测技术更为可靠、高效和精确。
TOFD和相控阵超声技术的应用
TOFD和相控阵超声技术的应用沙特拉比格项目部关于无损检测方法的选用，检测中心与业主探讨多次，业主坚决不同意手动超声，要求全部采用射线探伤，故探伤工作量很大。
由于工期紧的原因，采用自动超声的新技术TOFD和相控阵，这样可以交叉作业，降低工作强度，提高探伤效率，保证工程进度。
通过沙特拉比格项目部一年多的TOFD 和相控阵超声检测的实践经验，TOFD和相控阵超声波检测技术已经被证实是非常实用于现场焊缝检测的无损检测方法。
在检测的过程中，展现出相当的优越性，如高效率，安全，低成本，储存数据，提高生产率等。
1.检测原理TOFD和相控阵超声是两种不同的检测原理，所以我们分别阐述并两者结合总结。
1.1 TOFD（衍射時差法）超声技术是利用缺陷部位的衍射波信号来检测和测定缺陷尺寸的一种超声波检测方法，通常使用纵波斜探头，采用一发一收模式。
1.2 相控阵超声技术是借鉴相控阵雷达技术的原理而发展起来的。
相控阵成像是通过控制换能器阵列中各阵元激励（或接收）脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，就可实现聚焦点和声束方位的变化，从而进行扫描成像。
2.现场应用在沙特拉比格项目部，经过一年的实践应用，充分体现了TOFD和相控阵的可靠性、实用性、高效率、低成本，储存数据和提高生产率的优点，同时也是提高公司TOFD和相控阵超声波应用水平和开展技术研究是一项绝好的机会。
以下列举沙特拉比格项目部的过热器连接管道?508×55的应用图例。
2.1 在相控阵检测前，应根据焊接信息（坡口类型，坡口角度，壁厚，对接形式等）选择探头，制定详细的扫描计划。
如图1和表1是过热器连接的扫查计划和探头参数。
2.2采集数据图像采集的数据可以根据实际情况，转化为JPG格式的图片，附加在报告上。
转化为的图像如图2和图2所示：2.3 数据的评定采集数据的评定，即可在检验时进行评定，也在采集后进行评定，也可共第三方凭定。
超声相控阵在无损检测领域的应用
１ ６ １ ０ ４ １ ） （ 东 北特钢 集 团北 满特 钢有 限责 任公 司 。 黑 龙江 省 齐齐 哈尔
摘
要： 为 了提高产 品检验质量 ， 我公司引进超声相控阵检 测系统 ； 本 文主要针 对超声 相控 阵检测 系统 的原理
和特 点深入研 究 ， 并应用 于实践 中 ， 有效的提高 了产 品的检验水平 和检 测效率。 关键词 ： 超声相控阵 ；超声波探伤 ；缺陷
等几 部分 组成 ； （ ２ ） 水 箱 中设 置三 向对 中导 向轮 ， 挡 水 板有 两
ｌ Ｒ Ｄ—Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ 设备 简介
１ ． １ 涡流设 备 简介 （ Ｅ Ｃ Ｔ ）
层， 钢挡水板和橡胶挡水板 ；
（ ３ ） 三层探 头 卡座 ， 每个 卡座 内装 ４个 相控 阵 探头， 其 中 ２个 是 Ｃ ６ ５—５ ＭＨ ｚ探 头 ， 另 ２个 为
Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ Ｐｈａ ｓ ｅ ｄ Ａｒ ｒ ａ ｙ ｉ ｎ ＮＤＴ
Ｐ ｉ ａ ｏ Ｑ ｉ ｘ ｉ ａ ， Ｌ ｉ Ｘ ｕ ｅ
（ Ｄ ｏ ｎ ｇ ｂ ｅ ｉ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｂ ｅ ｉ ｍ ａ ｎ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｑ ｉ ｑ ｉ ｈ ａ ｅ ｒ Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ １ ６ １ ４１ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
直 的钢棒 ， 性能 指标 如下 ：
纵向缺 陷 ： ０ ． ３ ｍ ｍ深， １ ０ ｍ ｍ长； 横 向缺 陷 ：
０ ． ３ ｍ ｍ深 ， １ ０ ｍ ｍ长； 涡流使用频率 ： ４ ０ ０ ｋ Ｈ ｚ ； 注入
超声相控阵技术在无损检测领域的应用
– 应用范围小：常规超声只能对几何形状简单的工件进行检测，对诸如 角焊缝、搭接焊缝等复杂的结构检测时，几何反射信号会干扰操作人 员对检测结果判断的准确性。
•传统无损检测技术的局限性
射线检测（RT）的局限性（1）：
– 安全性低：射线对人体有伤害，化学药剂对环境有污染；
– 检测速度慢：射线检测需要经过拍片、洗片和评片等多道程序，检测 效率低。另外，射线检测时需要清场，影响其他部门的作业；
– 缺陷检出率弱：射线只对体积型缺陷（如气孔）敏感，而对于对黑度 影响不大但危害性严重的面状缺陷（如未熔合、裂纹等）的检出率很 低；
– 缺陷定量能力差：射线仅能确定缺陷的长度，而不能确定缺陷的埋藏 深度和自身高度；
•波束聚焦
• 波束聚焦是通过软件控制 每一个晶片的触发时间使波 前在指定的位置进行叠加实 现的。焦点尺寸取决于所用 晶片的大小和数量。
•Focussed to cross at this point
•相控阵脉冲发射/接收
•相控阵三维视图
•VC-TOP(C) VIEW
•Index axis •Index axis
•Scan axis
•Scan axis
•Usound axis
•Index axis
•Usound axis
•VC-SIDE(B) VIEW
•Scan axis
•VC-END(D) VIEW
•超声相控阵技术典型应用
•焊缝检测-线性扫查
•焊缝检测-扇形扫查
•
•全自动超声相控阵焊缝检测
•T型焊缝扫查
厂、哈动力 –船泊：江南造船厂、渤海船舶重工、中国船舶工艺研究所 –兵工：江麓机械厂、重庆铁马、山西柴油机厂 –电力：华北电科院、河北电科院、江苏电科院、浙江电科院、东
使用超声相控阵技术的无损检测方法与技巧
使用超声相控阵技术的无损检测方法与技巧超声相控阵技术是一种常用于无损检测的技术，它通过使用一组探头向待测物体发射超声波，并接收其反射波，从而获取物体内部的信息。
相比传统的单点检测技术，超声相控阵技术具有更高的分辨率、更广的探测范围和更强的穿透力。
本文将介绍使用超声相控阵技术进行无损检测的方法和技巧。
首先，准备工作是使用超声相控阵技术进行无损检测的关键。
需要选取合适的探头和超声仪器。
探头的选择应根据待测物体的尺寸、形状和材料选择合适的频率、探头尺寸和探头阵列形式。
超声仪器的性能也需要符合要求，包括信号发射和接收的灵敏度、增益、滤波器和数据处理能力等。
其次，进行检测前需要进行合适的准备工作。
首先要对待测物体进行表面清洁，以保证超声波能够有效传播和反射。
其次要选择合适的耦合介质，将探头与待测物体保持良好的接触。
对于粗糙表面的物体，可以使用凝胶或液体耦合剂，而对于平滑表面的物体，可以尝试使用接触探头。
在实际检测过程中，需要注意一些技巧以提高检测的准确性和效率。
首先，要选择合适的扫查模式，可以根据实际需求选择直线扫查、螺旋扫查或网格扫查等。
其次，要根据待测物体的不同部位和表面形态进行特定的检测调节，例如调整传感器的入射角度和倾斜角度，以最大限度地获取有用的信息。
此外，在数据处理方面也有一些技巧可以加以应用。
首先是信号增强技术，可以通过滤波、均衡和增益调节等方式，提高信号质量。
其次是多角度检测技术，通过改变入射角度和探头位置，获取多个角度的数据，从而提高检测精度。
最后是图像重建技术，通过将多个数据进行整合和处理，生成更清晰、更具信息量的图像或曲线。
需要注意的是，在使用超声相控阵技术进行无损检测时，也存在一些潜在的问题和限制。
首先是探头的选择较为复杂，需要根据具体情况进行合理选择。
其次是背景噪声和杂散信号可能干扰检测结果，需要进行相应的滤波和处理。
此外，超声相控阵技术对于复杂结构和多层材料的检测可能存在一定的困难，需要结合其他技术进行辅助。
超声波相控阵无损检测技术在特种设备领域应用研究
超声波相控阵无损检测技术在特种设备领域应用研究摘要：特种设备是指用于生产、运输、储存、使用等特定场合的设备，如压力容器、锅炉、压力管道、起重机械等。
这些设备的安全运行对人们的生命财产安全具有重要的意义。
特种设备的无损检测技术是保障特种设备安全运行的关键技术之一。
本文将介绍超声波相控阵技术的基本原理、特点和应用，以期为特种设备无损检测技术的进一步发展提供参考。
关键词：超声波相控阵技术；特种设备；无损检测；相位；幅度引言：超声波检测技术是特种设备无损检测技术中最常用的一种技术。
它通过超声波的穿透、反射、衍射、散射等物理效应，检测目标对象内部的缺陷（比如裂纹、未熔合、夹渣等）。
然而，传统的超声波检测技术在应用中存在一些局限性，如分辨率低、检测速度慢等问题。
超声波相控阵技术是近年来发展起来的一种新型的超声波检测技术。
它通过控制多个超声波发射器和接收器的相位和幅度，实现对目标物体进行快速、准确的无损检测。
该技术具有分辨率高、信噪比高、检测速度快、适用性广、缺陷实时成像等优点，在特种设备无损检测中具有广泛的应用前景。
一、超声波相控阵技术的基本原理超声波相控阵技术是一种基于超声波相位调制原理的检测技术。
它利用多路超声发射器和接收器的阵列，通过控制每个发射器和接收器的相位和幅度，实现对目标物体的扫描和成像。
超声波相控阵技术的基本原理是利用超声波在不同介质中传播速度不同的特性。
当超声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生反射、折射和散射等现象。
通过控制超声波发射器和接收器的相位和幅度，以灵活的声束偏转和聚焦能力实现缺陷的实时成像。
具体而言，超声波相控阵技术包括以下几个步骤：（一）发射器控制超声波相控阵技术中的发射器控制是实现波束控制和聚焦的关键步骤。
通过调节每个发射器的相位和幅度，可以控制超声波的传播方向和形状。
相位调节可以改变波束的传播方向，使其聚焦于目标物体的特定区域。
幅度调节可以控制超声波的能量分布，使波束的强度在聚焦区域最大，从而提高检测的灵敏度和精度。
特种设备无损检测中超声波相控阵技术应用
特种设备无损检测中超声波相控阵技术应用发布时间：2022-07-16T01:05:23.850Z 来源：《当代电力文化》2022年3月第5期作者：王占鹏[导读] 超声波相控检测技术作为一种全新的无损检测技术，将其应用到特种设备检测的阶段中，能够提高检测效率，因此文章结合实际，在分析该技术理念的同时，对技术的应用要点进行探讨。
王占鹏国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司摘要：超声波相控检测技术作为一种全新的无损检测技术，将其应用到特种设备检测的阶段中，能够提高检测效率，因此文章结合实际，在分析该技术理念的同时，对技术的应用要点进行探讨。
关键词：特种设备；无损检测；超声波；相控阵技术1技术理念通过一系列检测工作可以分析得知:超声波相控阵法的运用特点一般都表现在波束环节，包含转换的角度以及中线点位置的聚集两方面。
在检测的过程中，主要是利用系统设备进行无损检测，能够了解被检测结果状态。
2特种设施性能测试中超声波相控阵技术应用2.1探头选择2.1.1晶片阵列所用到的晶片排列有很多种方式。
目前在特殊设施性能的检测环节，晶片阵型运用最多的便是线性。
通过一系列的检测工作，运用双线性的种类，符合设备的检测基本要求。
2.1.2频率最终检测的结果将会直接被设备操作频率的数值所影响，如果数值比较大，同样检测报告的灵活性以及展示影像的清晰度都会很高，从而便于后续的检测研究工作。
但是，当频率的数值变大时，所相关的衰退功效也会随之变高，进而影响检测工作的顺利进行。
通常来说，假如特种设施在进行监测时，将碳钢等材料作为检测指引方向，合适的概率数值范围在[2.5，5]MHz。
对于焊接表面比较薄的问题，检测频率数值可以调整到7.5MHz。
针对不锈钢质量的焊缝，检测探头概率数值范围可以调节到[1，2.5]MHz。
假如设备操作的频率数值比较高，会造成一系列的衰减现象，减少信号防干扰的检测能力，更有甚者会损坏检测环节的成效，没有办法顺利进行检测流程。
超声波相控阵技术在特种设备无损检测中的应用研究
超声波相控阵技术在特种设备无损检测中的应用研究摘要：随着科学技术的发展，我国的超声波相控阵技术有了很大进展，并在特种设备无损检测中得到了广泛的应用。
压力管道焊接施工结束后，为保障管道的焊接质量，需按照有关规范及设计文件要求对焊接接头进行检测。
GB/T20801.5—2020《压力管道规范工业管道第5部分：检验与试验》规定中，一般对于管道壁厚小于或等于30mm的均采取射线检测。
本文首先分析了超声波相控阵技术在特种设备无损检测中的应用，其次探讨了检测代替方案，以供参考。
关键词：超声波相控阵；探头；声束引言近年来，相控阵超声检测技术是发展较为迅速的一项无损检测新技术，随着能源行业关于焊缝相控阵超声检测标准的颁布实施，应用范围也越来越广泛，在高铁构架、钢轨、风机塔筒、压力容器腐蚀损伤、输变电设备、石油及天然气输送管道等检测中均有应用。
1超声波相控阵技术在特种设备无损检测中的应用1.1图像增强算法超声波是穿透性强的高频声波，能够穿透常见的水泥、混凝土材料，遇到材质差别的界面时，将发生透射、反射等。
当混凝土内部存在多种材料界面时，超声波传播会发生多次反射，直至能量全部消耗。
为增加超声波在混凝土内部的传播距离，超声波相控阵技术进行多批次超声波发射与接收，通过合成孔径聚焦技术将较微弱的反射信号进行叠加增强，提高有效检测深度。
当采用该设备时，通过合成孔径聚焦的图像中有效信息多为孤立点，难为混凝土内部缺陷诊断提供直观有用的信息。
为增强图像中的有效信息，本文引入图像形态学方法进行超声波成像处理，基本操作包括膨胀、腐蚀。
膨胀操作是在结构元素确定的邻域块中选取图像值与结构元素值之和的最大值，可增加高亮度像素点周围的亮度。
在超声波检测图像中，高亮度像素点通常对应钢筋、孔洞等，高亮度像素点分布密度较小时，膨胀操作可将成团但不连续的高亮度点连接成片。
腐蚀是膨胀的逆操作，可避免膨胀扩大过程对周围区域产生影响。
腐蚀操作是在结构元素确定的范围中，选取图像值与结构元素值差值的最小值。
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超声波相控阵技术在无损检测中的应用
早在1959 年，Tom Brown和Hughes在Kelvin注册了一项超声波环形动态聚焦探头的专利技术，后来这项技术称为相控阵。
在上世纪60年代，关于超声波相控阵的研究主要局限于实验室；60年代末70年代初期，医学研究者已将相控阵技术成功运用到人体超声成像方面。
然而超声相控阵技术在工业方面的应用发展缓慢，主要是因为相控阵系统复杂而当时的计算机能力弱，缺乏对多晶片探头进行快速激发以及无法对扫查产生的大量数据文件进行处理的能力；另一个原因就是仪器费用高昂，很少有公司愿意在这方面花费巨额费用。
随着计算机技术的快速发展，相控阵系统的复杂性和费用都大为降低。
且相控阵技术相对于普通超声波检测有着明显的优势，令相控阵超声检测技术在工业领域逐渐兴起。
已在多种材料的检测上进行了应用并取得了较满意的检测结果。
1 原理简介
相控阵超声波检测技术基于惠更斯原理，所用探头由多个晶片组成，应用时按照一定的规则和时序对探头中的一组或者全部晶片进行激活（晶片的激活数量取决于相控阵仪器控制能力和检测需要）,每个激活晶片发出的超声波为次波，次波相互干涉，形成所需的新的波阵面传播开去成为超声波束对工件进行检测。
对于相控阵检测仪器而言，基本上由两部分组成，一部分是普通的超声波检测部分，一部分是相控阵部分，其中普通的超声部分负
责发出压电脉冲信号，并对相控阵返回的信号进行显示处理；相控阵部分将压电脉冲信号根据预置规则进行不同的延时施加到要被激活的晶片上，从而产生出不同的波束，见图1。
对晶片进行激活时所遵循的规则（即进行何种方式的延时的触发）称之为聚焦法则（focal law），不同的延时能发射出不同的超声波束，使超声波束具有相应的波形。
并且聚焦在不同的深度（根据干涉原理仅能在近场区范围内聚焦），线性扫查无需聚焦。
在一次扫查过程中，可以设置多组聚焦法则，也就是说可以设置多组波束进行扫查，提高扫查效率和保证扫查部位。
这也是相控阵的一个显著优点。
比较明显的优势是检测数据完整，可通过对原生数据进行成像来分析工件内部缺陷，定位定量准确，定性方面降低了对人员经验的依赖性，降低了人为因素的误差。
另一方面相控阵利用时分复用技术
可以用一个探头激发出多种类型的超声波束，一次扫查就能完成普通的数种扫查方式，特别适合快速检测及对几何形状复杂的工件检测。
相控阵原理
相控阵技术能够电子修改超声探头的特征。
探头修改是通过在阵列探头中单个晶片的信号发射（触发）和接收（回波）注入时间延时来实现的。
任何用于缺陷检测和测量的U T技术都可用于相控阵探头。
不需要移动工件，实现高速电子扫查
通过软件控制波束特征提高检测性能
单个电子控制的相控阵探头实现多角度检测
多种配置：P/E,T/R,T O F D,串列扫查
对于复杂几何体的检测更具灵活性
－最佳的聚焦
－最佳的波束角度
按照预定的几何形状订购阵列探头
这些阵列探头像常规超声探头一样，根据不同的设计制作，用于一些特定的应用
典型的阵列设计是：
－线型
－矩阵
－环阵
－扇阵
为什么使用相控阵？
不需要移动工件，实现高速电子扫查
通过软件控制波束特征提高检测性能
单个电子控制的相控阵探头实现多角度检测多种配置：P/E,T/R,T O F D,串列扫查
对于复杂几何体的检测更具灵活性
－最佳的聚焦
－最佳的波束角度
常规波束形成
相控阵波束形成
相控阵探头波束偏转（接收）：
－在接收过程中施加合适的电子延迟。
－只有信号“满足”延迟法则达到同相位，合并后才会产生有效信号。