资源描述：
《超声相控阵技术第一部分基本概念_李衍.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第31卷第4期无损探伤Vol.31No.42007年8月NDTAugust.2007技术讲座超声相控阵技术第一部分基本概念李衍(江苏太湖锅炉股份有限公司,江苏无锡214187)摘要:超声相控阵技术是当今工业无损检测极富挑战力的一项新技术。本篇概述有关超声相控阵的基本原理和相控阵时间延迟的基本概念。关键词:超声波;相控阵;时间延迟中图分类号:TG115.28文献标识码:A文章编号:1671-4423(2007)04-24-051引言测、定位、定量和定向精度;⑨要对“合乎使用”(或称“工程临界评定”或“寿命评价”)检测提供易于判相控阵超声波检测作为一种独特的技术得到开读的定
2、量分析报告。发和应用,在21世纪初已进入成熟阶段。上世纪80在其他工业领域,如航空航天、国防、石油化工、年代初,相控阵超声波技术从医疗领域跃入工业领机械制造等,对超声无损检测也都有类似的改进和域。80年代中期,压电复合材料的研制成功,为复合强化需求。一般都集中在相控阵超声技术的一些主型相控阵探头的制作开创新途径。90年代初,欧美要优点上,即:①速度快:相控阵技术可进行电子扫将相控阵技术作为一种新的无损评价(NDE)方法,描,比通常的光栅扫描快一个数量等级;②灵活性编入超声检测手册和无损检测工程师培训教程。自好:用一个相控阵探头,就能涵盖多种应用,不象普1895年至199
3、2年,该技术主要用于核反应压力容器通超声探头应用单一有限;③电子配置:通过文件(管接头)、大锻件轴类,及汽轮机部件的检测。装载和校准就能进行配置,通过预置文件就能完成压电复合技术、微型机制、微电子技术、及计算不同参数调整;④探头小巧:对某些检测,可接近性机功率(包括探头设计和超声波与试件相互作用的是“拦路虎”,而对相控阵,只需用一小巧的阵列探模拟程序包)的最新发展,对相控阵技术的完善和精头,就能完成多个单探头分次往复扫查才能完成的细化都有卓著贡献。功能软件也使计算机能力大大检测任务。增强。十年前,相控阵超声技术在工业上已锋芒毕露。相控阵超声波技术用于无损检测,最先是为动
4、便携式相控阵探伤仪的推出,更是倍受青睐:仪器可力工业解决下列检测问题:①要用单探头在固定位单人现场操作,数据实时传送、远程分析。最近,国内置检出不同位置和任意方向的裂纹;②要对检测异大专院校和研究所及电子仪器设备制造公司,也在种金属焊缝和离心铸造不锈钢焊缝提高信噪比和定投注力量,加速研制,使国产相控阵仪器早日问世。量能力;③要提高声束扫查可靠性;④要对难以接2超声相控阵原理近的受压给水反应器或沸水反应堆部件进行检测;⑤要缩短在用设备维修检测时间,提高生产效率;2.1概述⑥要检测和定量形状复杂的汽轮机部件中的应力超声波是由电压激励压电晶片探头在弹性介质腐蚀小裂纹;⑦要减少
5、在用检测人员射线吸收剂(试件)中产生的机械振动。工业应用大多要求使用量;⑧要对一些临界缺陷(不论缺陷方向)提高检0.5MHz～15MHz的超声频率。常规超声检测多第4期李衍:超声相控阵技术(第一部分:基本概念)25用声束扩散的单晶探头,超声场以单一折射角沿声示了材料中其它各点不同衰减的回波特性。束轴线传播,其声束扩散可能是对检测方向性小裂声束垂直和倾斜入射时的聚焦原理示于图3。每纹唯一有利的“附加”角度。个单元上的延时值取决于相阵列探头上激励单元的假设将整个压电晶片分割成许多相同的小晶“窗口”尺寸、波型、折射角和聚焦深度。片,令小晶片宽度e远小于其长度W。每个小晶片均可
6、视为辐射柱面波的线状波源,这些线状波源的波阵面就会产生波的干涉,形成整体波阵面。这些小波阵面可被延时并与相位和振幅同步,由此产生可调向的超声聚焦波束。2.2特点超声相控阵技术的主要特点是多晶片探头中各晶片的激励(振幅和延时)均由计算机控制。压电复合晶片受激励后能产生超声聚焦波束,声束参数如角度、焦距和焦点尺寸等均可通过软件调整。扫描声束是聚焦的,能以镜面反射方式检出不同方位的裂纹。这些裂纹可能随机分布在远离声束轴线的位置上。用普通单晶探头,因移动范围和声束角度有限,对方向不利的裂纹或远离声束轴线位置的裂纹,很图2脉冲发生和回波接收时的声束形成和时间延迟易漏检(见图1)。
7、(a)超声波垂直入射(b)超声波倾斜入射图1常规单晶探头(左)和阵列多晶探头(右)对多向裂纹的检测比较*图3相控阵探头声束聚焦原理*常规单晶探头声束扩散且单向,而相控阵探头声束聚焦且2.5扫描模式可转向。多向裂纹可被相控阵探头检出。计算机控制的声束扫描模式主要有以下三种:2.3发射和接收(1)电子扫描(又称E扫描):高频电脉冲多路传在发射过程中,探伤仪将触发信号传送至相控输,按相同聚焦律和延时律触发一组晶片(图4);声阵控制器。后者将信号变换成特定的高压电脉冲,脉束则以恒定角度,沿相阵列探头长度(所谓“窗口”)方向进行扫描,这相当于用常规
