超聲相控陣探傷技術(shù)發(fā)展及探傷檢測具備的優(yōu)勢

無損檢測技術(shù)又稱非破壞性檢查技術(shù)，它是利用物質(zhì)中存在缺陷或者組織結(jié)構(gòu)存在差異而使其某些物理量發(fā)生變化的性質(zhì)，以不使被檢查物體使用性能及形態(tài)受到損傷為前提，通過一定的檢測手段來檢測或測量、顯示和評估這些變化，從而了解和評價材料、產(chǎn)品、設(shè)備構(gòu)件直至生物等的性質(zhì)、狀態(tài)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)等等。無損檢測技術(shù)因其可靠性、安全性與經(jīng)濟性等特點而在工業(yè)檢測中占有重要位置。

超聲相控陣探傷方法是相控陣技術(shù)在超聲檢測中的應(yīng)用，它主要是通過控制相控探頭各個陣元的激勵延遲時間來控制波束的偏轉(zhuǎn)與聚焦，從而實現(xiàn)超聲相控陣探傷。從廣義上看，它仍然屬于無損超聲檢測的范疇，但是與傳統(tǒng)超聲檢測相比具有掃描速度快、掃查范圍大、可達(dá)性好等優(yōu)點，因此在核工業(yè)與航空工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

超聲相控陣的基本概念來自于相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)。在相控陣?yán)走_(dá)中，大量的子線單元按一定形狀排列起來，通過控制每個子單元發(fā)射電磁波束的延時和幅度，就能在一定空間范圍內(nèi)合成靈活聚焦掃描的雷達(dá)波束。超聲相控陣則是用若干壓電陣元組成陣列換能器，通過控制各個振元的時間延遲達(dá)到控制波束進行偏轉(zhuǎn)與聚焦的目的，從而實現(xiàn)聲束的相控發(fā)射與接收。初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)超聲成像中用相控陣換能器快速移動聲束從而對被檢器官成像，利用其可控聚焦特性局部升溫?zé)岑熤伟鼓繕?biāo)組織升溫并減少非目標(biāo)組織的功率吸收。最初，系統(tǒng)的復(fù)雜性、固體中超聲波傳播特性的復(fù)雜性以及成本費用高等原因使其在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用受到限制。

然而隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，超聲相控陣技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)無損檢測，特別是在核工業(yè)及航空工業(yè)領(lǐng)域，如核電站主泵隔熱板的檢測，核廢料罐電子束環(huán)焊縫的全自動檢測以及薄鋁板摩擦焊縫熱疲勞裂紋的檢測。近幾年，超聲相控陣技術(shù)發(fā)展尤為迅速，由于它可以靈活而有效地控制聲束使之具有廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景，將其同信號分析與處理、數(shù)字成像等技術(shù)結(jié)合起來更可以提高其威力。顯然，超聲相控陣技術(shù)的應(yīng)用將有助于改善檢測的可達(dá)性，提高檢測的精確性、重現(xiàn)性及檢測結(jié)果的可靠性，增強檢測的實時性和直觀性，促進無損檢測與評價的應(yīng)用及發(fā)展。

與傳統(tǒng)的超聲波探傷設(shè)備相比，相控陣超聲波探傷設(shè)備具有如下主要優(yōu)點：

(1) 速度快：采用電子方法控制聲束聚焦和掃描，可以在不移動或少移動探頭的情況下進行快捷的掃查，提高檢測速度。

(2) 掃描范圍大：由于可以控制波束的偏轉(zhuǎn)與聚焦，因此探頭在同一位置可以掃描更大的范圍。

(3) 可達(dá)型（靈活性）好：對于復(fù)雜零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者不利于探頭移動旋轉(zhuǎn)的地方，相控陣超聲波檢測具有非常重要的作用。

(4) 通過優(yōu)化控制焦點尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向，可使檢測分辨力、信噪比和靈敏度等性能得到提高。

由于相控陣超聲波檢測具有這些獨特的優(yōu)點，因此在核工業(yè)及航空工業(yè)，管道焊縫等無損檢測中得到了廣泛應(yīng)用。