使用相控阵
进行超声检测的常规步骤
2006.5.1
制作者：马克.戴维斯
美国无损检测学会超声三级
奥林巴斯无损检测
免责条款
使用这个程序之前仔细阅读下面的内容，你确信可以接受下面所有的条款和条件。
1．这个程序没有进行任何形式的授权，提供给客户的仅仅是一个最基本的原理，使用此程序的全部风险和后果由消费者和最终用户承担，奥林巴斯无损检测和戴维斯不能做出明确的和含蓄的保证，但是不包括商业上的承诺，要尊重此程序。
2．无论使用这个程序所产生的任何直接的、间接的和附带的损害结果，奥林巴斯无损检测和戴维斯不承担任何责任，包括商业利益的损失、商业中断、商业信息的丢失等等，在这个程序派生出来的其他技术，在这个协议之外或者不能使用这个程序，奥林巴斯已经考虑到这个损害的可能性。
目录
1.0 目的
2.0 范围
3.0 参考书目
4.0 超声相控阵检测设备
5.0 相控阵设备的线性
6.0 相控阵探头可操作确认
7.0 相控阵系统校准
8.0 表面处理
9.0 扫查覆盖和扫查方法
10.0 记录评价标准和波幅判断
11.0 检测后的清理
12.0 文件
附录1 相控阵术语学
附录2 相控阵内不可用晶片的评价指导方针附录3 超声信号的缺陷定性
附录4 相控阵确定缺陷的尺寸
1.0目的
1.1这个程序提供了手动和带编码器的相控阵检测焊缝和母材的
必要条件。
1.2这个程序也对相控阵的以下几个方面很有用
1.2.1 探测
1.2.2 定性
1.2.3 缺陷长度
1.2.4 缺陷位置：距离上表面或者下表面
1.2.5 缺陷尺寸：向内表面或者外表面延伸的连接裂纹
2.0 应用范围
2.1 此程序可以用于一般的相控阵检测，也可以用于炭钢和不锈钢的焊缝和母材的检测
2.2 这个程序可应用在0.5到1英寸的厚度上，为了和程序保持一致，有效的范围要乘以0.5到1.5倍（举个例子：最小的尺寸是0.25英寸，和最小的一样最大的尺寸是1 .5英寸）。
2.3 当需要一个标准的时候，此程序的设计论证了奥林巴斯无损检测相控阵系统Omniscan是符合美国机械工程师协会的标准。
2.4 使用Omniscan 相控阵系统做一个标准的测试演示实例。
2.5 针对产品外形和材料的特殊要求，设计一个大概的相控阵检测计划。
3.0 参考书目
3.1美国机械工程师协会，锅炉和压力容器标准，第四章第五节，
最近的版本和附录。
3.2 美国无损检测学会，SNT TC 1A，2001
3.3 戴维斯主编先进超声定缺陷尺寸手册。
3.4为了制作检测和缺陷定性的报告，要做检测计划报告。
3.5 检测计划报告是为了确定裂纹的尺寸。
4.0 超声相控阵检测设备
4.1 超声相控阵设备Omniscan采用脉冲回波的方式,设备的校准和衰减控制增量是2db或者更少，Omniscan包含16或者32个独立脉冲发射和接收通道，这个系统能够产生和显示扇形扫查图像（也叫S扫查），这些图像可以存储便于以后的调用。
4.2 检测人员可以使用真实时间扇形扫查图像，在检测的过程中保证数据的真实性，扇形扫查的图像包括信号的波幅和反射体的深度信息,设计超声的折射角度，Omniscan相控阵系统拥有多种分析能力，包括A扫显示和使用标尺的软件读出，B、C和扇形扫查图像的导出对缺陷的分析非常有益。
4.3 Omniscan 相控阵系统拥有在线的聚焦法则产生软件，允许直接修改超声波束的特性。使用便携式的电脑由以太网连接到设备，Omniscan相控阵系统需要使用一个外部的存储设备，CF卡，或者是USB存储设备。
4.4 除了数据存储，数据分析人员还可以利用PC对已经存储的数据进行分析，数据显示软件能存放在Omniscan相控阵系统中，也能用在远端的电脑上进行数据重放，参考厂商操作手册对设备进行明
确的操作。
4.5 任何控制，将影响设备的线性，例如，抑制：在器械的校准、系统的校准以及检测时，小于一定数值的信号将不被采集。
4.6 在校准的过程中如果进行任何控制（例如，滤波、平均、脉冲持续时间等等），因此这些控制不能被调整，原因是这些控制影响Omniscan 系统的校准。
4.7 超声相控阵系统被校准到和第五节的一致。
4.8 焦点二，在校准和检测的过程中，耦合剂（甘油或者替代品）中的氯和硫的成分不能超过千分之一。
4.9 在校准和检测中，使用相同材料和数量的耦合剂。
4.9.1 我们所使用的扫查方法中，超声传感器的配置清单。线
性相控阵探头的配置可以从10到128个晶片。
4.10根据材料的类型和厚度，相控阵探头的频率从2M到10M。4.11 设计相控阵楔块适应上诉的探头，名义上的折射角度在45、
55、60、70，确保覆盖焊缝和热影响区。
4.12 使用相控阵编码器界面可以追踪探头的移动，校准编码器使
之与相控阵设备保持一致。
5.0 相控阵设备的线性
5.1 在每一系列扫查的开始和结束，要校验相控阵设备的线性，且
时间不超过3个月。
5.2 相控阵设备的线性校验将记录在超声设备线性证书上（表格1）。
5.2.1 屏幕高度的线性
5.2.1.1确定探头在校准试块上的位置，在这个位置能获得两个
校准反射体的显示。
5.2.1.2 可选择的，一个整齐的波束探头在任何的校准区域都
被使用，使信号充分的分离出来，阻止两个信号的重叠。
5.2.1.3 调整探头位置达到2：1的比率在两个指示之间，使大
的波幅示数在满屏高的80%；小的示数在满屏高的40%。
5.2.1.4 不要移动探头位置；使大的指示达到满屏高的100%，
记录小指示的波幅，评估的精度大约在满屏高的1%。
5.2.1.5 继续设置大的指示从满屏高的100%到20%，其增量为
满屏高的10%（如果有好的控制以2db的增量也是可以
接受的）；在每一个设置下，观察和记录小的指示，评
估的精度大约在满屏高的1%，小示数是大示数的50%，
其误差是满屏高的正负5%。
5.2.2 波幅控制的线性
5.2.2.1 在校准区域上从反射体获得最大波幅以确定探头的位
置。
5.2.2.2 对于最小的，波幅控制的线性将被确认，在所使用设备
的增益范围的两端。
5.2.2.3 不要移动探头，设置这个指示到满屏高的必须比率，增
加或者减小增益在超声设备线性清单中（表格1），这个
评估信号以精度1%被记录，并且在清单中表现出来。6.0 相控阵探头晶片可操作性确认
6.1使用者无论何时怀疑晶片的可操作性问题，相控阵探头晶片的性能将被校验；检测相控阵探头，确保每一个晶片都有发射和接收超声波的能力。
6.2 要确认每一个发射、接收模组的性能和每一个通道的电缆传导。所有相控阵探头中，孔径中有25%的缺陷晶片，此探头将被更换，在有效的校准被确认后，探头被认为是没有问题的。
6.3 附录2中提供了晶片的可操作性方针。
7.0 相控阵系统校准
7.1 校准块和待测的工件具有相同表面和成分，这样的校准将被确认。
7.2 系统校准包括完整的超声检测系统，屏的校准至少在检测时的最小角度，除非还有另外的说明。
7.3 系统校准信息记录在Omniscan超声检测数据报告表中，增益可能被调整为校准参考增益，其他控制的调整将需要重新校准。
7.4 聚焦法则的确认
7.4.1 特定角度入射的超声波发射和接收的时间延迟是由相控阵系统提供的聚焦法则自动计算出来的。确认输入的信息是正确的；确认相控阵系统在正常的工作。
7.4.2 选择角度波束标尺，调整它的位置，确保可以显示45度角折射或者在扇形扫查中的最小角度的A扫信息。
7.4.3 使用4英寸半径的国际焊接学会试块，信号的波幅显示在A扫中。注意：尽管使用其他角度的扇形扫查可能显示更高的波幅，
我们仅仅使用和45度相关的A扫显示。
7.4.5利用国际焊接学会试块上的有机玻璃在A扫显示中的波幅，使用原来的波束折射角度退出位置，测量实际的传播角度，。利用波束的退出点位置，记录下来在国际焊接学会的试块上实际的波束角度。
7.4.6 如果这个测量角度是45度加减2度，那么这个聚焦法则的参数是正确的。
7.4.7 如果这个测量角度超出了可接受的公差（45度加减2度）,所有传感器的设置参数必须被重新精确的评价, 如果这些参数是正确的, 检测材料中的横波声速，如果是正确的，对进入楔块的声速进行微小调整, 如果测量的角度太高, 楔块声速必须进行微小的增加；类似的, 如果测量角度太低, 楔块声速必须进行微小的降低，反复调整直到测量角度在公差之内。
7.5 时间基准确认
7.5.1 调整角度标尺的位置，确保它能显示45度角折射的A扫显示信息。
7.5.2 放置探头能同时得到2英寸和4英寸的信号，同时在A扫上观察国际焊缝学会试块圆形反射体的信号。
7.5.3 使用A扫标尺测量2英寸和4英寸信号之间的距离，这个结果应该是2英寸正负0.1英寸。
7.5.4 如果两个信号之间的测量值太大（超过2.1英寸），在工件设置菜单中是减少横波的声速，同样的，如果两个信号之间的测量值太
小（小于1.9英寸），增加声速值，重复调整直到得到满意的数值。
7.5.5 使探头停留在波峰位置，用A扫标尺测量4英寸反射体的
金属声程。
7.5.6 这个数值应该在4英寸正负0.1英寸，如果这个值低于3.9
英寸，增加延迟参数的数值直到测量值是正确的。如果这个
值超过4.1英寸，降低延迟参数的数值直到测量值是正确的。
聚焦法则确认的必要条件：时间基准确认和灵敏度校准是最
基本的。设备线性和超声波束传播不一定每一次都要做。
7.5.7 也可以使用其它试块进行时间基准和楔块延时校准。
7.6 灵敏度和楔块延时校准
7.6.1 Omniscan要进行楔块延时和灵敏度校准。
7.6.2 在楔块延时的校准中使用不同的角度。
7.6.3 灵敏度校准就是对所使用的每一个不同的角度和声程进行增
益补偿。
7.6.3.1 选择校准反射体，它一半的厚度被检测，或者是在材
料区域内被检测。
7.6.3.2 使相控阵探头向后的不同角度或者是聚焦法则在校准
反射体上得到最大的波幅。
7.6.3.3 使相控阵滩头向前的不同角度或者是聚焦法则在校准
反射体上得到最大的波幅。
7.6.3.4 Omniscan系统计算出必需的增益，针对不同的聚焦法
则自动调整出所必需的增益。
7.7在校准和检测的过程中，超声在材料中随着声程的衰减，使用时间修正增益进行校准（自动的——时间受控增益）。
7.8 针对特殊角度的电子扫查（E.Scans）也可以使用DAC进行校准，例如：45度、60度或者70度。
7.9 系统检测的校准存储在Omniscan的电子存储器，外部芯片或者数据存储设备中，这个系统校准可以使用一段时间，倘若要进行检测，首先要对系统校准进行核实。
7.10 在进行检测之前，一定要做至少一次完整的超声系统校准。
7.11 对温度的要求
基本的校准块温度在25摄氏度以内，在每一次扫查中表面的温度都会发生改变。
7.12 系统校准的确认
7.12.1 系统校准确认包括完整的检测系统，在合适的校准块或者模拟试块上，扫查范围和TCG校准将被核实，需要确认的校准包括以下的几种情况：
7.12.1.1 进行一系列检测之前或者24小时之内。
7.12.1.2 更换了同种类型和长度的电缆。
7.12.1.3 更换了同种类型的电源，例如改变了电池。
7.12.1.4 在检测过程中的12个小时。
7.12.1.5 在完成一系列的扫查之后。
7.12.1.6 无论何时，只要校准的有效性被怀疑。
7.12.2 使用模拟试块（例子，国际焊接学会试块，国防和航天中心
模型）对完整的系统校准进行确认，模拟试块的材料和外形可以是任何形式，前提是合适扫查范围和允许校准TCG灵敏度。
7.12.3 使用最基本的校准试块进行系统的最初校准，并且这个系统的最初校准随时可以被确认，如果有一个参考试块，例如Rompas，用它完成系统校准确认，在最初的校准报告中，记录模拟反射体上的位置和波幅，如果增益控制被调整了，在参考试块上记录增益设置，在系统校准记录上有参考试块的类型等一系列的信息。
7.13 系统校准变更
7.13.1如果在TCG上有一个点的波幅减少20%或者2db；或者扫查线上的任何一个点移动的读数超过10%在扫查分界上，完成下面各项。
7.13.1.1 最近的有效校准确认之后完成所有无效检测。
7.13.1.2 进行新的系统校准。
7.13.1.3 重复无效的检测。
7.13.2 完成下面各项，如果在TCG上有一个点的波幅增加20%或者2db。
7.13.2.1 纠正系统校准。
7.13.2.1 对最近的有效校准之后的检测记录进行确认。
7.13.2.1 在可用的表格中输入正确的数值。
7.14 重新校准
7.14.1 下列情形中的任何一种都可能引起重新校准。
7.14.1.1 探头或者楔块的改变。
7.14.1.2 探头电缆的类型或者长度的变更。
7.14.1.3 超声设备的改变。
7.14.1.4 检测人员的更换。
7.14.1.5 耦合剂的改变。
7.14.1.5 电源类型的改变。
8.0 表面处理
8.1 接触表面—清除阻碍探头的自由移动或者削弱超声震动传播的焊接溅滴和任何粗糙的东西，使探头在完全的接触表面上可以自由的移动。
8.2 焊缝表面—清除使缺陷信号模糊或者不能被发现的不规则形状。
8.3 无法达到的条件，将记录在超声数据报告表格中。
9.0 检测覆盖和扫查方案
9.1 明确的扫查覆盖，焊缝确认，扫查位置的确认。
9.2 扫查覆盖焊缝和焊趾，这个区域包括热影响区。
9.3使用绘图或者是计算机模拟出适当的检测角度进行扫查计划的论证，此倾斜角度（例子，40到60度或者55到70度）在检测时被使用，扫查计划被记录下来，这个扫查计划是最终检测报告的一部分。
9.4 Omniscan可以设置多个通道进行扇形和电子扫查，像9.3节提到的，我们使用合适的角度对焊缝和热影响区完全覆盖。
9.5 确定必需的扫查量和扫查区域，每一个焊缝中心线被显示出
来。
9.6 确认线性的扫查方法，也叫做线性扫查技术，线性扫查是和扇形扫查类似的电子扫查。
9.7 美国机械工程师协会认可的合适的折射角度，从而确定相控阵探头的位置，这些将在超声扫查计划中详细的说明。
9.8 最少需要确定两个线性扫查，它们以不同的步进相对焊缝中心线分布在焊缝的两侧，以保证实际检测时可以完全覆盖焊缝和热影响区。
9.9 厚度超过1英寸的焊缝，使用线性扫查覆盖焊缝和母材。
9.10 扫查轴和焊缝的相交角可以是90度270度和0度180度。
9.11 光栅扫查可以确定缺陷的性质。
9.12在平焊缝上，探头移动的速率为6英寸/秒，在管子焊缝上3英寸/秒，除非校准成更高的速率。
9.13 从焊缝的两侧进行扫查，在实际中，也有可能从一侧检测，所有检测到的缺陷将记录在超声检测数据报告中。
9.14 整个检测包括焊缝和临近的母材，它们在焊缝的任一侧以顺时针和逆时针进行检测，使相控阵楔块的轮廓曲率和管子或者压力容器的曲率保持一致，以确保探头和管子或者压力容器有很好的接触。
9.15 使用编码器时，记录完整的A扫描数据是我们所推荐的。
10.0 记录/评价标准和波幅判断
10.1 仅仅在评价人员具有超声二级或者三级的水平时，评价超声检测的结果才是可以接受的。
10.2 所有超过DAC或者TCG20%的反射体信号将被认真的研究，以确定反射体的类型，附录三将提供缺陷定性的方针。
10.3 超过DAC或者TCG的50%的显示，一定是几何学或者冶金学所引起的，这个信号将被记录下来。
10.3.1 下面的步骤是用来区分信号是由几何学还是由冶金学产生的。
10.3.1.1 解释区域包含的反射体和检测说明书是一致的。
10.3.1.2 划分和确认这个显示，确认焊缝外形和外径等高线。
10.3.1.3 把焊缝的几何形状画出来。
10.3.2 参考5.1.11的内容，把显示的位置和区域记录下来。
10.3.3 整个值得记录的显示将被确定形状、性质和在反射体中的位置，最终的显示评价和部署是使用者的职责。
10.3.4 波幅判断—信号波幅测量相对于校准的DAC和TCG。
10.3.5 使用Omniscsn进行焊缝检测可接受的标准和规格将被确认。
11.0 检测后的清理
检测完成之后，表面残留的东西要清理掉。
12.0 文件
12.1 超声检测的结果记录在Omniscan数据报告表格中，所有值得记录的显示：A、B、C和扇形扫查保存为一个报告文件。
12.2 检测者记录检测结果在Omniscan数据报告表格中，所有值得记录的显示被记录在检测报告中，在合适的日期完成试块。
12.3 超声扫查计划，超声校准，超声设备线性确认（如果需要），是检测报告中应该考虑的部分。
附录1
1．术语学
角度补偿增益：也叫ACG，在扇形校准中，对从固定深度接收到的信号波幅的变化进行补偿，在不同的深度这个补偿具有电子补偿的特色，注意：ACG有许多技术上的限制（例如：对于较远的角度，补偿是不可能的）。
环形相控阵探头：探头晶片配置成为一组同心的环形，它们允许波束沿着一个轴聚焦在不同的深度，环形表面的区域一般是不变的，也就意味着每一个环形具有不同的宽度。
阵列（定向的）：晶片排成图案阵列，典型的阵列包括线性的、环形的、二维矩形、扇形和圆形。
圆形阵探头：相控阵探头由一组排列在圆上的晶片组成，只要给出波束入射必需的角度，这些晶片能指引波束向圆内、圆外传播，也可以沿着圆的对称轴传播。
电子扫查：也叫E扫，相同的聚焦法则沿着一组激活晶片多元的移动，以不变的角度沿着相控阵探头长度方向完成电子光栅扫查，每一个光栅扫查都和常规超声探头的扫查是一致的，也叫做电子扫查。
聚焦法则：对相控阵中的晶片组进行时间延迟，以确定波束发射和接收方式的性质。
线性相控阵探头：探头是由一组沿着一个轴并排的晶片组成，它们可以使波束移动、聚焦和偏移一定的角度。
矩形阵探头：探头是由一组沿着两个轴排列的晶片组成，沿着两个轴
分开的用途，例如：这些探头可以控制波束在三维方向。
扇形扫查：也叫S扫或者带方位角的扫查，可以查阅到任意波束的移动和数据显示，作为数据显示，它是所有A扫的二维视图，并且对每一组晶片的延时和折射角度进行了修正，使用同样的聚焦深度和晶片，可以对一定的扫查范围进行不同聚焦法则的检测。
附录二
相控阵探头内不可用晶片的评价指导方针
范围
这个附录提供了相控阵探头内不可用晶片的评价指导方针，这个方针将成为超声检测的标准，将获得一个修正的行为。
这些指导方针不是委托统治的，特定的应用和聚焦法则是不同的，如果发生任何不良晶片的标准不在这个指导方针的范围之内，奥林巴斯无损检测将对这个特殊的案例进行讨论，或者是进行一次培训。
定义
●不良晶片：这个定义是引用常规超声中的不良的超声通道的概念，Omniscan有128个通道，每一个波束都是由混合的通道组成的（具有代表性的是16个通道，尽管它有可能更少）。
●引起不良晶片的原因：电缆上的突然断电有可能引起晶片的坏死，阵列中固有的不良晶片，连接的不良。晶片不良最常见的原因是电缆的损坏，实际上：
●聚焦法则：信息码文件控制晶片的延时激发和激发的电压。
●校准：在被认可的校准块上进行特定的校准扫查，确定正常性。 假定
●我们假设在工程开始之前，Omniscan进行了可接受的校准（在实践中，可能有一个或者多个不良晶片，但是这些影响可能不是很大）。
●未来的衰减将和最初的参考点进行比较。
●在工程开始之前，进行最基本的不良晶片的检测。
●最初校准使用黄金的标准判断后来的校准中是否出现过多的不良晶片。
●这个黄金标准使用的测量值。
◆校准反射体正常的波幅范围
◆波束角度的改变
◆信噪比（S/N）
●在和黄金校准相同的表面温度和校准情况之下，后来的校准将被确认。
●不管不良晶片的数量和位置，在性能标准的基础上，评价不良晶片的影响。
检查不良晶片
使用一次零度角反射确定不良晶片。
不良晶片接受标准
判断不良晶片的数量是否超标，可能有好几个标准，这些指导方针建立在性能基准之上（举例，波束的波幅，波束角度和信噪比），操作者使用下面的三个标准，对不良晶片进行补救。
覆盖要求，例如“在一个聚焦法则中，不良晶片不能超过2个”或者“两个不良晶片是邻近的”，这样覆盖将受到限制，基于性能的基础上，在附录A中展示了定义的不可接受波束。
标准1：校准波幅降低6db
如果校准扫查超过6db的改变，在任何通道上黄金标准注释出来，这个原因是由于不良中心引起的。
第四章超声相控阵检测设备、探头及试块 4.1 相控阵检测的设备 4.1.1 相控阵检测设备概述 1、设备的作用 相控阵检测设备时超声波相控阵检测的主体设备，它的作用是通过改变相控阵探头晶片的激发接受延迟产生超声波，同时将探头送回的电信号进行放大，通过一定图像方式显示出来，从而得到被检测工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。 2、相控阵检测设备系统结构 超声相控阵检测设备主要包括超声发射部分和接收部分，目前国内外大型超声检测设备的系统设设计方案主要有三种：发射与接收分离系统；发射与接收集成且发射与接收板集成和发射与接收集成但是发射与接收板级分离。它们的优缺点如下所示。
数字相控阵超声成像检测系统是一个复杂的系统，通道数多，而且通道之间一致性要求很高，为了较高的综合指标，采用发射与接收集成但是发射与接收板级分离的方案。板卡之间通过总线相连。 总线的带宽对于系统的性能也有着较大的影响，也是系统设计的关键之一。目前仪器系统中采用的总线主要有PXI总线和VXI总线。 表4-1 PXI总线与VXI总线对比
PXI VXI 总线宽度32/64b32b 数据交换能力132/328Mb/s40/80Mb/s 集成度高高 接口开发方便方便 价格低高 4.1.2 数字相控阵超声成像检测硬件系统 数字相控阵超声成像检测的硬件系统，其内容包括相控阵超声发射和接收电路、前置放大与阻抗转换、程控放大、滤波与检波、A/D转换、同步与相位延迟控制、程控与逻辑控制等硬件。 图4-1 数字相控阵超声成像检测硬件系统 4.1.2.1 数字相控阵超声发射电路 （1）发射电路有较高的发射效率。原因是相控阵超声系统的通道数比较多，系统的发射功率和散热是一个非常重要的问题。相关研究表明，当探头的激励脉冲宽度为探头中心频率对应周期的一半时，发射电路的发射效率较高。由于检测不同的工件需要使用不同频率的探头，为保证系统较高的发射效率，在设计相控阵超声发射电路时，需要所设计的发射电路能够调节激励脉宽。 （2）由于相控很超声检测对通道之间的一致性要求比较高，因此要求发射电路通道间一致
使用相控阵 进行超声检测的常规步骤 2006.5.1 制作者：马克.戴维斯 美国无损检测学会超声三级 奥林巴斯无损检测
免责条款 使用这个程序之前仔细阅读下面的内容，你确信可以接受下面所有的条款和条件。 1．这个程序没有进行任何形式的授权，提供给客户的仅仅是一个最基本的原理，使用此程序的全部风险和后果由消费者和最终用户承担，奥林巴斯无损检测和戴维斯不能做出明确的和含蓄的保证，但是不包括商业上的承诺，要尊重此程序。 2．无论使用这个程序所产生的任何直接的、间接的和附带的损害结果，奥林巴斯无损检测和戴维斯不承担任何责任，包括商业利益的损失、商业中断、商业信息的丢失等等，在这个程序派生出来的其他技术，在这个协议之外或者不能使用这个程序，奥林巴斯已经考虑到这个损害的可能性。
目录 1.0 目的 2.0 范围 3.0 参考书目 4.0 超声相控阵检测设备 5.0 相控阵设备的线性 6.0 相控阵探头可操作确认 7.0 相控阵系统校准 8.0 表面处理 9.0 扫查覆盖和扫查方法 10.0 记录评价标准和波幅判断 11.0 检测后的清理 12.0 文件 附录1 相控阵术语学 附录2 相控阵内不可用晶片的评价指导方针附录3 超声信号的缺陷定性 附录4 相控阵确定缺陷的尺寸
1.0目的 1.1这个程序提供了手动和带编码器的相控阵检测焊缝和母材的 必要条件。 1.2这个程序也对相控阵的以下几个方面很有用 1.2.1 探测 1.2.2 定性 1.2.3 缺陷长度 1.2.4 缺陷位置：距离上表面或者下表面 1.2.5 缺陷尺寸：向内表面或者外表面延伸的连接裂纹 2.0 应用范围 2.1 此程序可以用于一般的相控阵检测，也可以用于炭钢和不锈钢的焊缝和母材的检测 2.2 这个程序可应用在0.5到1英寸的厚度上，为了和程序保持一致，有效的范围要乘以0.5到1.5倍（举个例子：最小的尺寸是0.25英寸，和最小的一样最大的尺寸是1 .5英寸）。 2.3 当需要一个标准的时候，此程序的设计论证了奥林巴斯无损检测相控阵系统Omniscan是符合美国机械工程师协会的标准。 2.4 使用Omniscan 相控阵系统做一个标准的测试演示实例。 2.5 针对产品外形和材料的特殊要求，设计一个大概的相控阵检测计划。 3.0 参考书目 3.1美国机械工程师协会，锅炉和压力容器标准，第四章第五节，
ISONIC相控阵设备操作指南焊缝高级检测软件功能
一、进入检测界面 1、根据所使用的仪器进入相控阵检测模式，在相控阵界面下点击，见图1所示。 图1 2、点击进入选项模式，见图2所示。 图2 3、点击进入焊缝检测模式。见图3所示。
图3 4、相控阵探头选择 根据检测选用的相控阵探头选择相应的探头型号，如图4所示，图4右上角所显示的即为探头楔块及探头的参数。如果在“选择探头”的下拉选项中无检测所用的探头型号，则点击手动输入探头及楔块的参数进行保存。然后点击。 图4
5、点击进入相控阵扇形扫描参数设置界面，如图5所示。 图5
二、检测参数设置： 1、基础参数设置： ●增益：根据检测对象所需的检测灵敏度进行设置。 ●声程：根据检测对象设置声程范围。 ●声速：设置为横波声速（例如：钢中横波声速为3230m/s）。 ●显示延迟：就是常说的“零偏”设置。点击（如图6所示），通过点击左键或 右键，将“表面补偿”设置为激活状态（如图7、图8所示），点击，仪器将自动校准“零偏”。自动校准后的显示延迟将会自动修正为探头延迟，如图6所示。 注： 此处“表面补偿”为调节检测参数时所选用的入射角度（“激发设置”中所选取的调节检测参数的入射角度）在探头楔块中传播的延时，及探头延时，仪器自动校准“表面补偿”，即零偏后，显示延迟与“测量参数”中的探头延迟相同。“测量参数”中的探头延迟，当选定入射角度后，仪器自动计算生成，所以是不可修改的，调节的左键右键为灰色图标。如图9、图10所示。 本次示例选择的入射角度为55°，探头延时为13.45us。 图6
图7 图8
第三章超声相控阵技术 3.1 相控阵的概念 3.1.1相控阵超声成像 超声检测时，如需要对物体内某一区域进行成像，必须进行声束扫描。相控阵成像是通过控制阵列换能器中各个阵元激励（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，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控阵波束合成，形成成像扫描线的技术，如图3-1所示。 图3-1 相控阵超声聚焦和偏转
3.2 相控阵工作原理 相控阵超声成像系统中的数字控制技术主要是指波束的时空控制，采用先进的计算机技术，对发射/接收状态的相控波束进行精确的相位控制，以获得最佳的波束特性。这些关键数字技术有相控延时、动态聚焦、动态孔径、动态变迹、编码发射、声束形成等。 3.2.1相位延时 相控阵超声成像系统使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射/接收信号的相位延迟（phase delay），可以控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束形成等多种相控效果，形成清晰的成像。可以说，相位延时（又称相控延时）是相控阵技术的核心，是多种相控效果的基础。 相位延时的精度和分辨率对波束特性的影响很大。就波束的旁瓣声压而言，文献研究表明，延时量化误差产生离散的误差旁瓣，从而降低图像的动态范围。其均方根（RMS）延时量化误差与旁瓣幅值之比为 （式3-1） 式中，； N-----阵元数目； μ----中心频率所对应一个周期与最小量化延时之比。 图3-2示出了延时量化误差引起的旁瓣随N、μ变化的关系曲线。早期的超声成像设备如医用B超中，由LC网络组成多抽头延迟线直接对模拟信号进行延迟，用电子开关来分段切换以获得不同的延迟量。这种延迟方式有两大缺点：①延迟量不能精细可调，只能实现分段聚焦，当聚焦点很多时需要庞大的LC网络和电子开关矩阵；②由于是模拟延迟方式，电气参数难以未定，延时量会发生温漂、时漂、波形容易被噪声干扰。
超声相控阵检测系统
超声相控阵检测系统 摘要：在无损检测领域里，超声检测凭借可靠、安全、经济的优势，得到了越来越广泛的应用。超声相控阵系统由于具有独特的线性扫查、动态聚焦、扇形扫描的特点，成为近几年超声检测领域里的一个研究热点。本文介绍了超声相控阵的发展、在工业领域中的应用以及国内外现状。简述了超声相控阵系统工作原理、主要特点及相控阵系统的探头、超声发射接收电路、超声成像部分。说明了超声相控阵的研究在无损检测领域里具有广阔的应用前景。 关键词：无损检测；超声相控阵；相控阵探头；超声成像 Ultrasonic phased array testing system Liu Shengchun （College of information and communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin, Heilongjiang 150001, China） Abstract:In non-destructive detecting field, depending on the superiorities of credibility, security and economy, ultrasonic detecting is getting more and more broad application. Ultrasonic phased array system which has characteristics of linearity scanning , dynamic focus and sector scanning, is becoming a hot research in the ultrasonic detecting field in recent years.This paper introduce the development, status quo of ultrasonic phased array, and its application in industry. Briefly describe its work principle, main characteristic and phased array system including probe,ultrasonic transmitting and receiving circuit and ultrasonic imaging. It illuminates that there is a wide application foreground of ultrasonic phased array's research in non-destructive detecting field. Key words:Non-destructive defecting;Ultrasonic phased array;Phased array probe;Ultrasonic imaging 1 引言 超声相控阵技术已有40多年的发展历史，初期，由于系统的复杂
无损检测新技术-超声波相控阵检测技术简介 夏纪真 无损检测资讯网 https://www.doczj.com/doc/0413321708.html, 广州市番禺区南村镇恒生花园14梯701 邮编：511442 摘要：本文简单介绍了超声波相控阵检测技术的基本原理、应用与局限性 关键词：无损检测超声检测相控阵 1 超声波相控阵检测技术的基本原理 超声波相控阵检测技术是一种新型的特殊超声波检测技术，类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用，依据惠更斯（Huyghens-Fresnel）原理：波动场的任何一个波阵面等同于一个次级波源；次级波场可以通过该波阵面上各点产生的球面子波叠加干涉计算得到。 并显示保真的（或几何校正的）回波图像，所生成材料内部结构的图像类似于医用超声波图像。 常规的超声波检测技术通常采用一个压电晶片来产生超声波，一个压电晶片只能产生一个固定的声束，其波束的传递是预先设计选定的，并且不能变更。 超声波相控阵检测技术的关键是采用了全新的发生与接收超声波的方法，采用许多精密复杂的、极小尺寸的、相互独立的压电晶片阵列（例如36、64甚至多达128个晶片组装在一个探头壳体内）来产生和接收超声波束，通过功能强大的软件和电子方法控制压电晶片阵列各个激发高频脉冲的相位和时序，使其在被检测材料中产生相互干涉叠加产生可控制形状的超声场，从而得到预先希望的波阵面、波束入射角度和焦点位置。因此，超声波相控阵检测技术实质上是利用相位可控的换能器阵列来实现的。超声波相控阵激发的超声波进入材料后，仍然遵循超声波在材料中的传播规律。因此，对于常规超声波检测应用的频率、聚焦的焦点尺寸、聚焦长度、入射角、回波幅度与定位等等，超声波相控阵也是同样应用的。 超声波相控阵探头的每个压电晶片都可以独立接受信号控制（脉冲和时间变化），通过软件控制，在不同的时间内相继激发阵列探头中的各个单元，由于激发顺序不同，各个晶片激发的波有先后，这些波的叠加形成新的波前，因此可以将超声波的波前聚焦并控制到一个特定的方向，可以以不同角度辐射超声波束，可以实现同一个探头在不同深度聚焦（电子动态聚焦）。此外，从电子技术上为阵列确定相位顺序和相继激发的速度可以使固定在一个位置上的探头发出的超声波束在被检工件中动态地“扫描”或“扫调”通过一个选定的波束角范围或者一个检测的区域，而不需要对探头进行人工操作。相控阵探头的关键特性包括：电子焦距长度调整、电子线性扫描和电子波束控制/偏角。 图1示出了超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图。 图1超声波相控阵换能器实现电子聚焦和波束偏转的原理示意图超声波相控阵换能器的晶片不同组合构成不同的相控阵列，目前主要有三种阵列类型：线形阵列（晶片成间隔状直线形分布在探头中）、面形（二维矩阵）阵列和圆（环）形阵列，
第三章超声相控阵技术 3.1相控阵的概念 3.1.1相控阵超声成像 超声检测时，如需要对物体内某一区域进行成像， 必须进行声束扫描。相控阵成像是通 过控制阵列换能器中各个阵元激励（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，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相 控阵波束合成，形成成像扫描线的技术，如图 3-1所示。 图3-1 相控阵超声聚焦和偏转
3.2相控阵工作原理 相控阵超声成像系统中的数字控制技术主要是指波束的时空控制， 采用先进的计算机技 术，对发射/接收状态的相控波束进行精确的相位控制，以获得最佳的波束特性。这些关键 数字技术有相控延时、动态聚焦、动态孔径、动态变迹、编码发射、声束形成等。 3.2.1相位延时 相控阵超声成像系统使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射 /接收信号的相位延迟 （phase delay ）,可以控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束 形成等多种相控效果，形成清晰的成像。可以说，相位延时（又称相控延时）是相控阵技术 的核心，是多种相控效果的基础。 相位延时的精度和分辨率对波束特性的影响很大。 就波束的旁瓣声压而言， 文献研究表 明，延时量化误差产生离散的误差旁瓣，从而降低图像的动态范围。其均方根（ ,r . / \ 诙爲 式中， 一-—— N-----阵元数目； 尸--中心频率所对应一个周期与最小量化延时之比。 图3-2示出了延时量化误差引起的旁瓣随 N 、□变化的关系曲线。早期的超声成像设备 如医用B 超中，由LC 网络组成多抽头延迟线直接对模拟信号进行延迟， 用电子开关来分段 切换以获得不同的延迟量。这种延迟方式有两大缺点：①延迟量不能精细可调，只能实现分 段聚焦，当聚焦点很多时需要庞大的 LC 网络和电子开关矩阵；②由于是模拟延迟方式，电 气参数难以未定，延时量会发生温漂、时漂、波形容易被噪声干扰。 RMS ）延 （式 3-1）
小径管对接焊接接头的相控阵超声检测 摘要：对小径管对接焊接接头中的裂缝、密集气孔、未焊透等缺陷进行相控阵超声波检测和射线检测，通过将两者的检测结果进行分析和比较，对两者的检测效果进行评价。本文主要是对相控阵超声波检测手段的优势和其在小管径检测中的应用进行了一定的分析，旨在推动相控阵超声波检测技术的广泛应用。 关键词：小径管对接焊接；接头；相控阵超声检测 引言 相控阵超声检测可以获取实时的检测结果，能够对工件的缺陷进行多种方式的扫描，是一种可以记录的无损检测方式。相控阵超声检测的主要优势就是声束角度和聚焦深度精确可控，声束可达性强，检测精度高，缺陷显示直观，检测速度快，是具有较高可靠性的检测技术，在工业领域有着颇为广泛的应用。笔者对小径管对接焊接接头中的缺陷进行了相控阵超声波检测，并且与射线检测结果进行了一定的比较分析。 一、相控阵超声检测技术 （一）相控阵超声检测技术的原理 相控阵超声检测方法主要是通过对换能器阵列中的单个阵元进行分别控制，以特定的时序法则进行激发和接收，进而实现声束在工件中的偏转和聚焦。采用自聚焦传感器能进一步增强聚焦能力和分辨力，有效的改善了小径管中波型畸变和杂波干扰的情况。 （二）试样管的焊制 小径管的试样管采用的是与广东省某电厂机组锅炉受热面管同规格同材质的管件，其中对接接头存在着一定的裂纹、未熔合、密集气孔有缺陷等问题，具体的示意图可以如下图1所示，焊接的方法主要是钨极氩弧焊。 图1 焊接接头简图 （三）相控阵检测系统 1、相控阵检测仪器 本次研究主要采用的仪器是phascan 32/128相控阵检测仪，Cobra16阵元自聚焦传感器，一次性激发16阵元。 2、相控阵检测探头和楔块 对于相控阵超声探头来说，它主要是阵列探头，在进行现场检测的时候要根据小径管的尺寸来对探头和楔块的型号和大小进行选择。一般来说，探头在进行使用的过程中，因为小径管的曲率过大，要将其和探头之间的耦合损失降低，就需要使用能够与小径管进行紧密切合的楔块，选择曲率相近的曲面。 （四）声束覆盖范围设置 在对小径管焊缝进行相控阵超声扇形扫查的时候，要对探头前沿到焊缝中心线的距离进行正确的选择，要保证在进行扇形扫查的时候大角度声束能够对焊缝的下面部分进行覆盖，小角度声束可以覆盖到焊缝的上面部分，进而达到对焊接接头的全面检测，避免出现遗漏。在对小径管对接接头进行检测的时候，还可以通过使用专业的软件来对声束覆盖范围进行模拟，然后对的不同角度的波束覆盖情况的进行模拟现实，通过这样的模拟结果可以找到适当的探头前沿距离和波束角度范围等等。 （五）相控阵检测校准设置
文件编号：TP-AR-L2243 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)
相控阵超声新技术在电站设备无损 检测中的实践思路探索(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 超声相控阵检测技术20世纪60年代就已经出 现，被应用于医疗领域。但是由于固体中波动传播复 杂性、系统复杂性和成本费用高等因素存在，限制了 超声相控阵检测技术在无损检测中的运用。而电子技 术和计算机技术以及压电复合材料等高新技术被广泛 综合应用，促进了超声相控阵技术发展，并且渐渐应 用到工业无损检测中。 现代技术飞速发展，带动了很多高新技术在超声 相控阵技术中被综合应用，从而降低了相控阵系统复 杂性与制作费用[1]
。而且相控阵技术具有比传统超声波检测更加明显的优势，使得超声相控阵检测技术被广泛应用于工业无损检测领域，并且日渐得到人们重视，迎来了很大的发展空间。 超声相控阵检测技术 超声相控阵检测技术建立在惠更斯原理上，其探头由许多个晶片组成。要应用时，则需要按照相关规则以及时序激活探头中一组或全部晶片，其中相控阵仪器的控制能力与检测需要决定着晶片激活数量。晶片被激活后，发出的超声波即为次波。每一个晶片的次波会彼此干涉，形成新波阵面并传播开来，从而形成超声波束检测工件。 无损检测技术 无损检测就是在不损坏被检测设备的基础上，根据物理特性将被检对象的内外部缺陷的位置、形状、
ISONIC相控阵设备操作指南填充焊缝检测软件功能 Israel（以色列）- Sonotron NDT 北京邹展麓城科技有限公司
一、进入检测界面 1、根据所使用的仪器进入相控阵检测模式，在相控阵界面下点击，见图1所示。 图1 2、点击进入选项模式，见图2所示。 图2 3、点击进入填充焊缝检测模式。见图3所示。 图3
二、A超参数设置、DAC曲线制作、角度增益补偿曲线及耦合监控设置方法参见“焊缝 高级检测”软件功能操作说明书进行设置。
三、焊缝几何形状设置 1、在扫查设置界面，点击几何尺寸设置栏的，进入焊缝几何参数设置界面。见图4所示。 图4 2、进入到焊缝几何参数设置界面后，输入焊缝的几何参数。选择扫查面，输入角度、法兰厚度、梁 腹厚度及焊接位置尺寸。见图5、图6所示。 本次示例所检测的焊缝几何参数如图5、图6所示。 图5 图6
四、扇形扫查范围及探头位置设置 1、点击焊缝几何形状设置界面的，返回至扫查设置界面，进行检测扇形扫查范围设置。 2、在扫查参数栏通过调节检测所需的最小角度、最大角度及角度步进。角度步进有0.2°、 0.5°、1°、2°和5°工五种选项。检测所需的最大最小角度的选择主要依据能否全部覆盖或者最大 程度覆盖检测焊缝区域的宗旨来进行调节，在满足覆盖要求的前提下，一次波声束与二次波声束的重叠部分尽可能的少。角度步进越小声束覆盖焊缝区域越密集，但同时检测数据量越大，采集速度及保存速度越慢（建议在检测中选择0.5°的角度步进足以满足检测要求）。 3、在焊缝参数设置界面，通过调节。通过探头位置的调节，可以在示意图中看 出已设定的扇形扫查范围是否满足声束覆盖要求，从而找到适合的探头位置。在探头位置满足声束覆盖范围时，探头位置越小越好，以减少声波的衰减。 注： 探头位置代表探头距焊缝根部的的距离。 本次示例选择的扇形扫查范围为40°～76°，扫查步进为0.2°，选择在梁腹右侧检测，探头位置为0mm。 见图5，图7所示。 图7
相控阵的概念起源于雷达天线电磁波技术，超声相控阵最早仅用于医疗领 域。近年来，随着微电子、计算机等新技术的快速发展，超声相控阵逐渐被应用 于工业无损检测领域。 超声相控阵通过各阵元发出声束的有序叠加可以灵活地生成偏转及聚焦声 束，不需更换探头即可完成对关心区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、 扇形扫查、动态聚焦等工作方式可在不移动或少移动探头的情况下对零件进行高效率检测。因此，较传统的单晶片超声检测，超声相控阵的声束更灵活、检测速度更快、分辨率更高、更适用于形状复杂的零部件检测。 超声相控阵探头是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列组合成一个阵 列，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转以及聚焦。 超声相控阵是基于Huygens-Fresnel原理，由各个阵元发出的超声波经过干涉形成预期的声束。以同一频率的脉冲激发各个阵元，并对各个阵元的激发时间施加一定的延迟，于是各阵元的发射声波产生了相位差，从而影响干涉结果，即可以形成偏转及聚焦声束。各阵元的激发延时一般被称为聚焦法则或延时法则。
&恤I hit IJI Itic fuiniiiiion of beam 聚焦点 崖焦百虫形處示豈 (b*i l he torm&twri of tu^using buMi 图2超声相控阵偏转疑聚焦声束的形成 与传统单晶片换能器的超声检测不同，超声相控阵不同的阵元组合与不同的聚焦法则相结合，形成了3种特有的工作方式，即线性扫查，扇形扫查和动态聚焦。 线性扫查 线性扫查，又称为电子扫查，具体步骤为: 1）假设相控阵阵元总数为N，令其中相邻的n（ 1v* N）个阵元为一组，对每一组阵元施加相同的聚焦法则 2）以设定的聚焦法则激发第一组阵元； 3）沿阵列长度方向向前移动一个步进值（一般为一个阵元晶片），以同样的 聚 焦法则激发第2组阵元。以此类推，直至最后一个阵元。一般将上述的一组阵元称 为一个序列。这样扫查完成后会得到N-n+1个序列回波信号，在不移动探头 的情况下就可以检测到较大区域。线性扫查的示意图如图3（ a）所示
全自动相控阵超声检测技术 及在环焊缝检测中的应用 江苏徐州东方工程检测公司曹健 摘要：全自动相控阵超声检测系统是在断裂力学(ECA)的基础上，采用区域划分法,将焊缝分成垂直方向上的若干个区，再由电子系统控制相控阵探头对其进行分区扫查。检测结果以双门带状图的形式显示，在辅以TOFD(衍射时差法)和Ｂ扫描功能，对焊缝进行分析、判断。全自动相控阵超声仪在国外已被广泛应用于管道环焊缝的检测。 主题词：全自动超声波区域划分法相控阵带状显示TOFD 全自动超声波在国外已被大量应用于长输管线的环焊缝检测,且越来越成为一种趋势。与传统手动超声检测和射线检测相比，其在检测速度、缺陷定量准确性、减少环境污染、降低作业强度等方面有着明显的优越。加拿大R/D Tech公司生产的Pipe WIZARD相控阵超声检测系统是专用于长输管线环焊缝的检测设备。该系统由数据采集单元、脉冲发生单元、电机驱动单元、相控阵探头、工业计算机、显示器等组成。系统在Windows NT界面下运行Pipe WIZARD操作软件，完成对焊缝的线性扫查、实时显示、结果评判。对其基本原理，笔者根据自己在实际工作中的体会和经验在此作一简单介绍。 本文使用的焊缝参数如下。坡口形式CRC；壁厚Ｔ＝16.4mm；焊接方法：全自动焊接。 一、基本原理 1．区域划分法 采用全自动超声检测的关键是“区域划分法”。根据壁厚、坡口形式、填充次数将焊缝分成几个垂直的区。每个分区的高度一般为1－3mm，每个区都由一组独立的晶片进行扫查（这种分区的扫查被称为Ａ扫）。检测主声束的角度按照主要缺陷的方向来设定（在自动焊中主要是未熔合，即将波束尽量垂直于熔合线）。Ａ扫采用聚焦声束进行扫查，焦点尺寸一般为2mm或更小。它们可以有效的检测各自的区域，而且临近区域反射体上的重叠最小。每个分区以焊缝中心线为界，分为上游、下游两个通道，其检测结果在带状图上以相对应的通道显示出。图1.1为CRC坡口、壁厚为14.6mm焊缝的区域划分图。从根部依次为：根焊区、钝边区（LCP）、热焊1区、热焊2区、热焊3区、填充1区、填区2区、填充3区。
TOFD与超声波相控阵检测技术特点比较TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝方面具有很大的优势，下面是小编搜集的一篇探究TOFD与超声波相控阵检测技术特点的论文范文，欢迎阅读查看。目前我国无损检领域应用最广泛的是TOFD技术，业界人士已经普遍认可了TOFD技术，这项技术在我国的工业领域已经有了数不胜数的成功案例。21世纪初，我国引入了Isonic系列便携式超声波成像检测系统(以色列的IsonotronNDT公司出品)，经由一系列的实际的对比以及验证加之不断改进和创新了的扫查器系统，TOFD技术被更多的应用到各工业现场检测中。TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝及直径大于500mm的纵缝中厚板检测方面具有很大的优势，但是该技术也存在一些弊端，比如对于复杂几何形状的结构件、焊缝检测盲区等束手无策。到目前为止超声相控阵技术已经在我国发展了20年，在早期主要应用在医疗领域，利用该技术可以在实际的医学超声成像中对被检器官进行成像，有益于医学的不断发展和进步，但是由于很多客观因素的限制，比如系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等，使得该技术的应用面受限。在这种情况下，在超声相控阵成像领域应用压电复合材料、数据处理分析等高新技术是大势所趋，未来超声相控阵检测技术一定会得到更加广泛的应用。超声相控阵是采用多晶片控制声束聚焦技术，探头可以在同一位置实现很大声
束及角度范围内的电子扫查，适用于复杂几何形状结构件的检测。 下面对TOFD和相控阵的检测技术做简要对比。 1、TOFD的技术特点 1.1 TOFD的优点 TOFD技术不仅具有很强的缺陷检出能力，还具有很高的缺陷定量精度，除此之外还具有很高的时效性和安全性，可永久保存其检测数据。 ①效率高：该技术只需要做线性扫查就可以对焊缝完成扫查，很大程度上扩大了单组探头检测对焊缝的覆盖范围大，远远超过了传统的检测方法。 ②灵敏度高：由于该技术的衍射波信号具有很高的灵敏度，很大程度上保证了检出率。 ③精度高：利用衍射时差计算方法，缺陷的高度可以得到精确的计算。 ④影响小：该技术不会因焊缝结构或缺陷的方向性就左右最后的检测结果，其检测结果具有很高的稳定性，几乎不受其他因素的影响。 ⑤漏检少：衍射波具有高灵敏度，通过图像记录完整检测数据，重复性好。 ⑥数据全：检测结果的时效性很强，并且相关数据和资料会以存盘、打印出来等形式永久的保留下来，以便随时进行分析处理。 ⑦更安全：采用该技术不会对相关人员造成人身伤害。
基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应 用研究 摘 要：本文介绍了超声波相控阵技术原理，分析该 技术的独特优势对小口径无缝钢管的检测更具针对性，可以 明显提高缺陷检出率与检测速度。重点研究 89 机组在线 2# 线美国GE 公司生产的ROWA240-6WT PAT 型相控阵超声波钢 管自动分层测厚系统在小口径无缝钢管检测上的应用。 关键词： 超声波相控阵； 分层；测厚；小口径无缝钢管； 探伤 0. 概述 超声波相控阵检测技术的应用始于 20 世纪 60 年代，目 前已广泛应用于医学超声成像领域。由于该系统复杂且制作 成本高，因而在工业无损检测方面的应用受到限制。 近年来， 超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引 起人们的重视。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、 数据处理分析、软件技术及计算机模拟等多种高新技术在超 声相控阵成像领域中的综合应用，使得超声波相控阵技术得 到快速发展，逐渐应用于工业无损检测。 1. ROWA240-6WT PAT 型GE 相控阵超声波钢管自动分层 中图分类 口 号： TB559 文献标识码： A
测厚设备简介 89机组在线2#线管体超声分层测厚设备是美国 GE 公司 生产的ROWA240-6WT PAT 型相控阵超声波钢管自动分层测 厚系统。本套设备包含测厚分层检测主机、主机进 /出平台、 中心线导向装置、 6 组相控阵探头、前端电子、后端电子、 供水系统、导套及橡胶密封、控制系统等。 1.1 探头布置及主要参数 1.1.1 探头布置 该系统共有 6 个相控阵探头阵列，成环状布置，分为 2 列， 2 列的探头交错布置。探头阵列其布置如图 1 所示。 1.1.2 探头阵列主要参数 晶片组成，每个晶片尺寸为1.15 X 12.5mm 。每个虚拟探头最 多由 16个晶片组成， 每个虚拟探头的最大重复频率为 1.2 检测能力 检测外径： 32mm ?115mm 壁厚范围： 3mm ?16mm 壁厚静态测量精度：± 0.03mm 壁厚动态测量精度：± 0.05mm 壁厚减薄： 25mm （L ）X 25mm （W ）X 12.5%WT （D ） 夹层缺陷：①6.3mm 平底孔，当壁厚大于等于 6mm 时， 夹层缺陷深度介于1/4?1/2壁厚深度，夹层最小深度为2mm 。 探头阵列含 6 组相控阵探头，每个相控阵探头由 126 个 20kHz 。
宸I KU 缺陷尖端分析功能软件技术 三角技术是探头发出横波，同时分析接收到的横波以及衍射后波形转换生成的纵波，三 角技术主要应用于评估缺陷的种类，例如面积性缺陷（裂纹）或体积性缺陷（气孔，夹渣等 等）.在ISONIC 2009 UPA Scope 仪器中，三角技术是通过使用斜楔块线阵探头，通过缺陷尖端分析功能软件对回波进行观测及评估。 #参数或模式设置 1激发模式单晶 2激发晶片数4兰激发晶片数＜N/2，N代表线阵探头内的总晶片数 3入射角度视工艺规程设定 4声速工件的实际横波声速 5 脉冲宽度，激发等级脉冲宽度与激发等级设置，优化信噪比 脉冲宽度一般为1/F，F为相控阵探头的频率 6滤波 ，低频和高频滤波，低频和高频与相控阵探头的频率相匹配，优化信噪比 7显示显示设置-参照工艺规程要求，可设置成为全波，射频，正半波或负半波 8 表面校准开启 9门A开关激活 10门B开关关闭 、找到工件中反射体的最高回波，同时调节增益至超屏幕高度，调节声程至80% A超屏幕宽度，用闸门A套住回波信号。点击Sne 或按F11键，然后点击 保存当前设置。见图1所示。
图1 2、探头保持在最高横波回波的位置不动, 评估。 点击Shift + En ter 组合键，进行下一步3、此时ISONIC脉冲信号调节界面，显示出工件中反射体的纵波回波信号，探头位置应保 持不变。点击區］或按\F12］键，然后点击□mu-art PulHBr H BCHMIT .调取刚刚保存的当前设置文件。 开启B闸门，关闭A闸门。激发模式设置为双晶，进入接收参数子菜单。见图2、图3所示。 ■3QIMIC刃咋FA WS 2脏小呼创电汩剑钾列割 4iAlF GAIt B MEA5URE I 1 G M* R MIQC 胭rnmi |5* lt.1 Dt励 14.1 |j?* |i Rwfnl- )0%5 lit + +* * r 11J艸A 沁Z皿 謊息1I Flip 处H h 图2
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
超声相控阵检测 自20世纪90年代以来，超声相控阵检测成像技术已逐渐应用于欧美等国家的工业无损检测。 目前，国内对超声相控阵成像技术的研究主要集中在医学超声相控阵领域，而超声相控阵技术在工业无损检测领域的研究还处于探索阶段。第二章超声相控阵技术的基本原理2.1 超声相控阵换能器的原理 超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。 换能器由阵列中多个相互独立的压电晶片组成，每个晶片称为一个单元，每个单元由电子系统按照一定的规则和时序控制和激励，使阵列中每个单元发出的超声波叠加形成新的波前。 类似地，在接收反射波的过程中，接收单元根据一定的规则和时序被控制来接收和合成信号，然后以适当的形式显示合成结果。，，5，什么是相控阵系统？，6，2.3 超声相控阵检测技术的特点 (1)产生可控的束角和聚焦深度(2)高速、,可以对试件进行全方位和多角度检测 (3)不要移动探头或尽可能少地移动探头(4)。通常，不需要复杂的扫描设备和探针(5)的替换。通过优化焦距、焦距和声束方向的控制，在分辨率、信噪比、缺陷检测率等方面具有一定的优势。第二章超声相控阵技术的基本原理，第7章，超声相控阵系统的硬件组成，3.1
超声相控阵系统的组成，第2章第8节 超声相控阵技术的基本原理，2.2 相位控制和光束聚焦的目的是控制φ1和φ2，使δφ= 0。，9，第三章 超声相控阵系统的硬件组成，3.2 阵列探头的类型 根据压电元件阵列特性，3.2.1，第3章，第10节 超声相控阵系统的硬件组成，3.2 阵列探头的类型 3.2.2 根据数组元素排列，第3章第11节 超声相控阵系统的硬件组成，3.2 阵列探头的类型 3.2.3 根据使用方法和目的 分为线阵列探头、相控阵探头 有三种类型的头和凸阵列探头。 3.2.3.1 线阵列探针，第3章，第12节 超声相控阵系统的硬件组成，3.2.3.2相控阵探头，13，第3章超声相控阵系统的硬件组成，3.2.3.3凸阵探头，14、超声相控阵系统的工作原理，15、超声相控阵系统的B扫描显示，电子
2 圆钢相控阵超声波检测系统简介及调试体会 摘要：超声相控阵技术已有近20 多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域，最初系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因使其在工业无损检测中的应用受限。然而随着电子技术和计算机技术的快速发展超声相控阵技术逐渐应用于工业无损检测特别是在核工业及航空工业等领域。近几年超声相控阵技术以其快速、灵活可进行复杂检测，阵列尺寸小，用电子扫查代替机械扫查，由于其采用浮动探头检测系统，既减少了磨损，又增加了系统的可靠性，增强了方向难以辨别的缺陷可检测性。因此，相控阵超声波技术被广泛应用与钢材检测。本文主要介绍加拿大Olympus NDT公司相控阵超声波探伤设备功能及考核验收简介。关键词：相控阵、探头、聚焦 相控阵技术是近几年发展的一项新的技术，最开始引进我国是在90年代后期，西气东输的管道检测上使用较多，随着钢铁行业的不断发展，先后在国内如大钢、石钢等钢厂分别引进。该技术用水耦合，信噪比高、稳定性好，对于棒材表面内部中心等都能有效检测到。 目前钢材市场竞争异常激烈，对产品质量保证近乎苛刻，老的探伤方法和探伤设备已无法满足和适应产品技术条件的要求，相控阵技术的发展已经广泛应用于棒材超声波检测，可实现全棒体多功能超声波探伤。 加拿大RD、Olympus NDT、德国KK等公司已有生产；它可以实现在探头不用旋转，用分时触发的工作状态完成一段弧形成圆周检测。全部工作都在计算机上完成，检测圆棒时，使用的是垂直于棒材轴线的曲面相控阵探头；棒材穿过含有UT 检测头的水槽。相控阵探头固定在检测头中的卡座内。探头包围在棒材的整个周向上。如需检测棒材全部体积，根据不同的棒材直径和配置，需使用 4 至12 个相控阵或16 至24 个纵波探头，以及32 至48 个横波单晶探头。用全部这些探头配合水槽中线性移动的棒材，便可检测棒材全部体积（100% 体积检测）。目前用于棒材检测的有北满特钢、大连特钢、石钢等特钢厂。 1 检测及其各项性能指标 1.1 检测原理 1.1.1相控阵超声波技术的原理 超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列每个晶片称为一个单元按一定规则和时序用电子系统控制激发各个单元使阵列中各
第一章超声相控阵检测技术发展史及优点 1.1 超声相控阵检测技术的发展史 20世纪20年代，苏联科学家S.J.Slkolov就已经开始了超声成像的研究。其后由于技术上的种种原因，超声成像研究进展缓慢。之后随着电子技术和计算机技术的迅速发展，大大推动了超声成像的研究和应用。目前，在无损检测领域，已被发展或正在研究的超声检测成像方法主要有以下几种。 1、扫描超声成像：脉冲超声回波（实际上是超声回波通过超声换能器转换成电信号的 波形）在显示屏上可以由不同的显示方式，包括A型、B型、C型、P型、F型扫 描显示。 2、超声全息：基于波前重建原理，即通过物波和参考波干涉形成的图案（全息图），然 后经过反衍射积分的重建过程，获得物体的图像。早期的超声全息模仿光全息原理，使用液面成像方式。目前研究比较活跃的声全息方法是扫描声全息，大致分为激光 束扫描声全息和计算机重建声全息两类。 3、超声显微镜：利用声波对物体内部的声不连续性（如缺陷、力学特性或微观组织变 化等）进行高分辨率成像检测的系统和技术。其原理是用高频（工作频率可高达 2GHz）超声波照射样品，形成样品的微观声学参数分布，能获得被测物体表面和近表面结构的高分辨率图像。 4、超声CT：计算机层析超声成像，它是借鉴X射线CT而发展的超声成像技术。其用 一束超声波依次沿不同方位角照射物体，并同时检测物体中目标的散射波（即投影），再由投影来计算反演重建目标的像。目前超声CT主要有透射型和反射型两种，而 图像重建也有两种理论，射线理论和衍射理论。 5、ALOK超声成像（amplituden and laufzeit orts kurven）技术，即幅度—传播时间—位 置曲线技术。利用幅度—传播时间—位置曲线，通过传播时间补偿和信号叠加的方 法，从回拨信号中识别来自缺陷的回波信息而去除噪声信号，并可给出用B型显示的缺陷图像。 6、衍射传播时间技术（TOFD）：依靠超声波和缺陷端部相互作用发出的衍射波来检出 缺陷并对其进行定量的检测技术，并可给出A型扫描显示及D扫描、B扫描灰度图