相控阵超声检测标准

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

焊缝超声相控阵检测北美标准动态　李衍　（江苏太湖锅炉股份有限公司）　摘要：对世界承压设备焊接接头无损检测具有重要影响的一些典型北美规范标准，￣ｏＡＳＭＥ（美机　械工程师学会）、ＡＰＩ（美石油学会）和ＡＷＳ（美焊接学会）等，均已认可了相控阵超声检　测的应用。ＡＳＴＭ（美材料试验学会）还有单独的完整的相控阵系统特性校验和检测方法标　准。本文即概述有关法规标准要求，以为国内相控阵现场操作和标准、工艺制定提供有用　借鉴。　关键词：超声波；相控阵；手工检测；规范；校验；操作演示。　近几年来，工业相控阵已成为国际上流行　的超声检测技术。与常规超声检测相比，相控阵　有如下优势：　（１）速度快：检测焊缝、腐蚀或其它工件，　用线阵探头线扫描，能大大提高扫查深度（因而　也降低成本）。　（２）可成像：Ｓ（扇形）扫描、Ｅ（电子）扫描、　２Ｄ（平面）成像或３Ｄ（立体）成像，能对缺陷评　定提供丰富、优异的可读信息。　（３）灵活性：相控阵能进行多种扫查，适合　于探测多种工件、多种缺陷。　（４）再现性：即使第三方不在现场跟踪，用　相控阵只要用相同设置和工艺检测，也能给出　再现性比常规ＵＴ更强更优的结果。　相控阵与常规ＵＴ或ＲＴ相比，性价比高，　这是相控阵在工业上得以立足和发展的真正原　因。相控阵主要是产生和接收超声波的方法特　殊。相控阵产生超声波的物理基础，与常规单晶　探头并无区别，但相控阵具有灵活变角、转向、　聚焦等常规ＵＴ无法比拟的独特优势。　所有北美重要法规标准以及某些欧规欧标　均认可了相控阵（或明文，或默认）。但这些法规　标准均提出采用相控阵检测方法和工艺需要验　证，通常要求进行操作演示。　１．北美规范标准中涉及到的相控阵探伤仪　器　北美规范标准中涉及到两种相控阵探伤　仪，即手工相控阵探伤仪和自动编码相控阵探　伤仪。焊缝手工相控阵探伤模仿常规超声探伤，　操作者手持探头对被检焊缝及其热影响区进行　光栅式扫查或摆动扫查，如图１所示；而带定　位编码器的自动相控阵探伤，则有完整的多种　扫描、多视图数据显示。　１．１手工相控阵探伤仪　手工相控阵探伤仪，借助于相控阵列阵元　预定的电子延迟触发规则，能灵活改变声束扫　查范围。检测时，手持阵列探头与手动普通探头　几乎一样，即阵列对准焊缝作光栅式移动，而眼　睛盯住显示屏，搜捕缺陷图像。主要差别在于相　控阵检测时，看到的是Ｓ（扇形）扫描显示（图２　和图４）或Ｅ（电子）扫描显示（图１），这些显示图　像有助于缺陷定位、定性、定量分析。　通常，手工相控阵探伤仪的数据不是汇集　而成的，尽管屏上显示也可储存和输出报告。某　些手工相控阵仪器也能利用时基数据汇集扫描　显示，但这种数据与编码数据相比并不可靠，原　因是测出的缺陷长度相关于操作者的扫查速　度，而且长度标定值也不成线性。手工相控阵不　符合ＡＳＭＥ案例２２３５（锅炉压力容器ＵＴ取代　ＲＴ）的要求。图２所示为典型的示有Ｓ扫描显　示的手工相控阵探伤仪（Ｏｌｙｍｐｕｓ　ＯｍｎｉＳｃａｎ　Ｍ型）。　——４５——

第３３卷第３期　２　０　１　３年６月　黑龙江冶金　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２　０　ｌ　３　超声相控阵在无损检测领域的应用　朴启霞，栗雪　（东北特钢集团北满特钢有限责任公司。黑龙江省　齐齐哈尔１６１０４１）　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　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　ｉｎ　ＮＤＴ　Ｐｉａｏ　Ｑｉｘｉａ，Ｌｉ　Ｘｕｅ　（Ｄｏｎｇｂｅｉ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｂｅｉｍａｎ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｑｉｈａｅｒ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　１６１０４１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｗｅ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ＵＴ　ＰＡ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｗｅ　ｈａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ＵＴ　ＰＡ，　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ．　ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ；Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｔｅｓｔｉｎｇ；Ｄｅｆｅｃｔ　我公司引进了一套ＲＤ—ＴＥＣＨ公司生产的管　棒材探伤自动化设备，已经连续工作５年。经过　几年来的现场应用，ＲＤ—ＴＥＣＨ设备应用性能稳　定、耐久适用、信噪比高、缺陷分辨率高，对内部缺　陷和近表面缺陷都能准确的发现。　ｌ　ＲＤ—ＴＥＣＨ设备简介　１．１涡流设备简介（ＥＣＴ）　它由４层８个探头组成，每层２个探头，每个　探头有１２个线圈。对于表面没有抛丸的，只是校　直的钢棒，性能指标如下：　纵向缺陷：０．３ｍｍ深，１０ｍｍ长；横向缺陷：　０．３ｍｍ深，１０ｍｍ长；涡流使用频率：４００ｋＨｚ；注入　电压：５Ｖ；采集率：一次采集２ｒａｍ；探测范围：直径　６３０—　￣ｂｌ２０ｍｍ；　发现短缺陷通道是ＲＨ，缺陷长＜５０ｒａｍ，用高　通滤波器信号；发现长缺陷通道是ＲＬ，缺陷长＞　５０ｍｍ，用线性滤波器信号。　１．２超声设备简介（ｕＴ）　（１）双夹送辊一探头水箱　单夹送辊＿＋分选　等几部分组成；　（２）水箱中设置三向对中导向轮，挡水板有两　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Ｃ６５—５ＭＨｚ探头，另２个为　Ｃ１０５—５ＭＨｚ探头；　（４）在卡座上装有２个射水枪，主要用于清理　粘在探头上的污物；　（５）一套自动调节水层深度和探头对中钢棒　装置；　（６）信号采集系统是由相控阵探头与３个软　件控制的Ｑｕｉｃｋ　ｓｃａｎ采集单元相连，每个采集单　元从２个相控阵探头发送ＴＲＩＧＳ和接收信号，每　个探头有１２８个小晶片构成，既是独立的，又是成　收稿日期：２０１２—１１一ｌ３　作者简介：朴启霞，毕业于北京冶金机电学院，工企自动化专业，工程师。　

1 游乐设施无损检测 第12部分：螺栓相控阵超声检测 1 范围 本文件规定了游乐设施螺栓裂纹等缺陷的相控阵超声检测及结果评定方法。 本文件适用于游乐设施用外径不小于10 mm且不大于100 mm，长度不大于1000 mm的钢制螺栓的检测。索道用钢制螺栓、索道和游乐设施用轴类和销轴类的相控阵检测可参照执行，其他机械设备和钢结构用钢制螺栓、轴类和销轴类的相控阵检测也可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 12604.1 无损检测术语超声检测 GB/T 20306 游乐设施术语 GB/T 34370.1 游乐设施无损检测 第1部分：总则 GB/T 34370.5 游乐设施无损检测 第5部分：超声检测 JB/T 11731 无损检测 超声相控阵探头通用技术条件 3 术语和定义 GB/T 12604.1、GB/T 20306、GB/T 34370.1、GB/T 34370.5界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 周向线阵 circumferential linear array 同一平面上多个晶片沿周向排列形成一个单层圆形或环形的平面阵列探头，如图1所示。

（a）圆形平面阵列 （b）环形平面阵列 图1 周向线阵

2 周向扫描 circumferential linear scan 激励声束的孔径中心环绕探头中心步进，声束动态聚焦于相应圆柱母线的声束扫描方式。 周向B扫显示 cylindrically B-scan view 在与声束平行且与圆柱状被测工件扫查面垂直的圆周剖面所形成的声场图像，以颜色或灰度表示超声信号幅度的显示方式，如图2所示。

图2 周向B扫图像 周向C扫显示 annular C-scan view 在与螺栓扫查面平行的剖面所形成的声场图像，以颜色或灰度表示预设时间窗内超声信号幅度的显示方式，如图3所示。