相控阵超声检测国际动态精品.docx

1、相控阵超声检测国际动态精品 相控阵超声检测国际动态（精品） 相控阵超声检测国际动态.txt 熬夜，是因为没有勇气结束这一天；赖床，是因为没有勇气开始这一天。 朋友，就是将你看透了还能喜欢你的人。 本文由 weldzsy 贡献 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。 建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。 相控阵超声检测国际动态 李衍 （无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会，无锡） 摘要： 相控阵超声（）有探头阵元激励（振幅和延时）由计算机控制，声束参数如角度、焦 距和焦点等可通过软件调整的种种优点。 介绍了超声相控阵技术在工业上的应用类另日和实例动 态，包括航空航天、核电设备、

2、承压设备在制在用检测，具有对复杂几何形状或可接近性受限工件检 测的适应性， 对缺陷定量表征的优越性。 也介绍了相控阵应用的有关标准动态及法规对相控阵操 作演示的立项要求，旨在为国内推广该新技术提供借鉴。 关键词： 超声检测；相控阵；工业应用；缺陷定量；操作演示；标准化 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （】 （ 】 妇） ： （） ， 。 【 ： ； ； ； ； ； 相控阵的超声显像法，十多年前就在医疗领域 使用了，据悉最近又可通过四维图像，使胎儿显像更 为鲜明。 所谓四维，是指将三维图像实时显示，有栩 栩如生的动画效果。 在工业领域的相控阵超声无损 再建较容易。 但工业上，钢铁材料特别

3、是焊缝检验 不仅有纵波，还有横波和表面波及板波等波型产生， 它们重叠显示在图像上，干扰图像识别。 而且，检测 对象一般多较大，操作者多进行现场检测，所以必须 用便携式设备。 最近，由于以计算机为中心的外围 技术发展迅速，使得工业领域也能用相控阵设备进 行超声检测了。 下面就相控阵超声检测技术的应用实例及其标 准，介绍有关国际动态。 检测，几年前就能获得有足够分辨力的可判读图像， 但设备价格不菲，实际应用非常有限。 在医疗领域，检查对象是人体，大部分由水分构 成的人体组织，显示图像仅由纵波传播产生，故图像 收稿日期： 作者简介： 李衍，男，高级工程师，主要研究方向为承压设备超 声、相控阵和射线、

4、等新技术应用及其标准化。 出版 中高级教材译著射线检测 射线检测 超声检测 ，及 美无损检测手册 （射线卷译）等；国外发表专著篇。 相控阵在工业上的地位 相控阵特征 相控阵主要优点： 超声波束方向可自由 和年奠卷第奠 万方数据 变换。 焦距可自由变换。 扫查速度比机械扫 查快。 探头固定不动，就能使超声波束进行扫 查。 检测结果易于成像。 相控阵的缺点： 装 置规模大。 探头大型。 高价。 结果判读有 时较难。 但这些不足，随着计算机外围技术的发展， 已得到很大改善。 这对相控阵的实用化，十分 有利。 然而，还有好多对象，实际上适合于用传统法探 测。 因此用什么探测方法必须根据检测对象决定。

5、目前， 适于超声相控阵检测的实例大致有以下 几种： 探头不可能作机械扫查的工件或部位。 操作演示的立项 欧美对核电设备的超声探伤（）建立了专项 认证制度，有资格认证操作演示（简称）的要求。 美国早在年就已在第卷中增补了有 关操作演示的附录，遵循该法规要求，以电力研究 所（）为中心，对有关检测系统包括检测人员、 检测设备及检测方法等，建立了系统认证程序。 欧 洲也将相当于美国操作演示认证的同样规定，引入 欧洲检测人员资格鉴定网络中。 操作演示的基本思 路是： 验证所用方法和条件能检出试样中典型缺陷 （通常是指至少三种面状缺陷： 表面开口裂纹、底面 开口裂纹和内部埋藏裂纹） 。 即不管是手工探伤、

6、 或相控阵方法，均需达到缺陷检测目的。 因 形状复杂的工件。 缺陷定量要求用图像显示 时。 最近，特别是对核电设备的在用检测，对大厚度 加氢反应器接管焊接接头的在制检测，有将相控阵 检测列为操作演示和认证的一项要求，足以显 示其地位重要。 核电站在用检测 最近，相控阵与之所以并驾齐驱于 工业领域，起因于核反应堆冷却剂再循环管道的在 用超声检测中遇到了新问题。 具体情况如下： 由于在材料的焊缝表面产生的应力 腐蚀裂纹向焊缝金属内部伸展，用常规横波斜探头 的端部回波法进行裂纹测高，发现测高值偏小。 为 此，操作演示认证也可谓间接承认相控阵超声检测 的一种方式。 相控阵的应用情况 应用实例分类 近几

7、年来，相控阵的应用虽未普及，但世界 上均有应用实例报告。 例如， 在第届世界无损检 测会议上， 有关相控阵的论文有篇， 其中 篇是有关实际设备的应用实例。 此外，在有关无损 检测的各种学术演讲和专业期刊上，也常有相控阵 应用实例的介绍。 其代表作有和 博士在美国无损检测学会会刊材料评价 年月号上，就相控阵的实际应用与未来 动向作了详细描述和评价。 文中对介绍的应用实 例，按应用特点作了分类，见表。 表相控阵应用实例分类 按应用特点分类 应用实例 汽轮机叶片根部应力腐蚀裂纹的检测 电子扫描法（探 头静止不动， 声 束变位变向） 桥梁螺栓的检测 飞机起落架的检测 超声成像后对焊 缝缺陷进行定量 对

8、接焊缝的检测 复杂形状部位的 图像解析 容器接管部位腐蚀减薄的检测 螺纹螺牙的检测 氢致裂纹的检测 缺陷成像后进行 评介 激光焊缝的检测 复合材料的检测 奥氏体不锈钢小口径管焊缝的检测 在用核电站管道应力腐蚀裂纹的检测 密封垫圈下的法兰腐蚀检测 传动轴、心轴的检测 桥梁结构型焊接接头的检测 此，核电设备质量管理机构决定立项提高再循环管 道缺陷超声定量精度，用实际管道上切割下来的有 裂纹试样进行一系列试验。 试验时，除使用横波和 纵波端部回波法、爬波法及变型波法外，还采用相控 阵法，结果彰显相控阵的技术优势。 据悉，日本电建部门于年在修订的核电 设备超声在用检测指南中，增补了附录缺陷超声 测深要

9、领 ，提到了在用变型波法对裂纹粗略测深 后，即需采用相控阵使裂纹端部超声成像，而后 进行定量评价，如图所示。 图相控阵裂纹测高应用实例 年第鬈第期 万方数据 英国无损检测学会会刊年 月号和美材料评价）年月号，均为相控阵 专辑。 因此，相控阵已成了世界瞩目之新 技术。 以下择要介绍有关实例。 缺陷测高效果不理想。 复杂形状部位的检测 针对容器接管焊接接头之类形状复杂部位的接 管直径和壁厚、检测位置、应检出的缺陷位置和方 向，对相控阵检测探头布置、超声波束角度和扫查方 法等，进行了计算模拟，并据此制定了检测程序，如 图所示。 在核电设备检测中，相控阵检测能有效 减少受射线辐照的危险，也能在缩短检测

10、时间和提 高可靠性的前提下有效采集数据。 以缺陷定量为目的 相控阵探头能对薄板缺陷测高，是因其可通过 聚焦效应，提高方位分辨力；可利用压电复合型晶 片，提高时间分辨力；还可借助于扇形扫查图像，提 高缺陷端部的可识别性。 对第卷附录 规定的奥氏体不锈钢和铁素体钢中缺陷的检出与测 长方法，电力研究所用了三个 的矩阵探 头，其中两个用于探环缝，一个用于探纵缝。 为对缺 陷测高定向，用相控阵探头端部回波法，在设有人工 线槽和自然缺陷的试块和试样上作了验证试验， 以 提高试验效率和定量精度。 规范案例确认，对厚度 （）焊缝形状 以上的焊缝，允许用自动取代。 的优点 是安全卫生，检测结果能及时反馈，对板厚

11、方向的缺 陷能测深定高，故特别适用于维护检测。 据此，只要 能满足操作演示的必要条件，就可用基于脉冲回波 法的自动探伤和法代替。 为此，特展示 了便携式和全自动相控阵装置的试验结果。 同 时，对检出缺陷进行定量，依据断裂力学判明合格与 否。 例如，对管道焊缝，用通常的射线照相无法进行 评价，必须用对缺陷进行定量，虽然端部回波法 和法均适用，但相控阵聚焦声束法显得 更有效。 奥氏体不锈钢焊缝等粗晶材料的检测 对结晶粗大不均匀的材料，用相控阵作了检测 试验。 例如，曾用低频 的相控阵探头探测 离心铸造的不锈钢管焊缝，检出了热疲劳裂纹和机 械疲劳裂纹。 但，用端部回波法，因回波不好识别， 缺陷定量就

12、有困难。 另外，为对异种钢焊缝中的裂 纹进行测高，也曾用手工相控阵作了试验。 以 第卷附录规定的尺寸 的缺陷 为目标，曾将条裂纹种植在根不同规格的管 子焊缝内，采用相控阵与两法作了探测 试验。 对锻造不锈钢管焊缝，将 的纵波斜角和 横波斜角相控阵探头置于焊缝两侧，对热影响区的 电火花加工的窄槽，作了检测评价。 结论是缺陷的 检出和测长均优，能满足操作演示验证所要求的条 件，但探头骑跨焊缝探伤时，端部回波识别有困难， 年囊卷囊 图压力容器管座 焊缝及其根部相 控阵检测示例 （）检测示意 相控阵能任意改变超声波的扫查方向或聚 焦位置。 因而， 可在探头固定不动的状态下，使检测 部位产生图像显示，由

13、显示结果自动判定工件合格 与否。 有专家对具有复杂形状、内面加工沟槽的铝 制品作了相控阵超声检测和验收评定，效果很好。 对反应器等压力容器进行超声检测时，由于表 面凹凸和管接头等曲面影响，探头接触不良，有可能 使灵敏度降低，缺陷漏检。 为此，又开拓了能使探头 接触面形状自由改变的新一代相控阵探伤的新方 法。 每次，用紧贴阵列传感器上部的形状测定器读 出的数据，对每一阵元触发延迟时间进行修正，使之 在试件中产生给定的超声波束。 航空材料和部件的检测 在起落架滚轮中，插入阵元、频率 、 长 的阵列传感器，并在探测面涂一层薄薄的 耦合剂，而后进行探伤。 探头静止不动，通过电子扫 描，使超声波束进行变

14、向聚焦扫查，得到显示图 像；也可使滚轮转动，通过探头机械扫查，得到显 示图像。 对飞机铝制机翼封口部位和碳纤维复合材 万方数据 图管道焊缝现场棚控阵扫查机构 （探头架沿焊接导轨转动，架有个线阵 探头，该布置性能优于一般多探头技术。 ） 图在制压力容器的相控阵扫查机构 （容器转动，探头架固定，有个 线阵列探头作线扫查和电子扫描。 ） 图用机器人扫杳器枪测形状复 杂的曲而容器（探头盘卜装有 和脉冲网波两套相控阵探头。 ） 料中的裂纹及未贴合等缺陷，均能有效检出。 对航空部件，包括飞机涡轮发动机圆盘用的合 金材料将相控阵产生的超声声场、缺陷检测精度及 超声波检测灵敏度余量和分辨力等性能与普通探头 作

15、了比较，发现今后建立超声检测中的缺陷检出界 限等数据库，已成当务之急。 其它 除上所述外，还对管道壁厚的测定及减薄情况 的相控阵图像显示，作了探讨。 核电设备的焊接检查 年月，在美国圣地亚哥召开了第五届 国际原子能和承压设备无损评价会议。 主办方是 与核电站有关的机关，故涉及特性验证的论文甚多， 其中，有关超声波的论文占总数的，而相控阵 论文又占论文数的一半，特别引人注目。 由此可见，在核电设备的检查中，相控阵是 最重要的一项检测技术；实际上在工业领域中，相控 阵装置也是实际应用最多的一种检测设备。 承压设备的焊缝检查 锅炉、压力容器和压力管道等承压设备的对接 接头，无论直径大小、壁厚厚薄，均

16、可采用相控阵超 声检测提高检测效率和可靠性，实现检测结果多维 显示。 图即展示了管道、容器、球罐和小径薄 壁管等对接焊缝在制检测的示例。 图底面开口裂纹的扫描和相控阵（扇形） 扫描显示图形（壁厚 ） 图锅炉管制造过程中的相控阵检测 （扫查器夹在被枪管子上，阵列探头绕管子旋转。 ） 相控阵标准 日本标准 在日本工业标准 ： 钢焊缝超声 波自动探伤方法中，规定了两种图像显示技术： 一 种是用普通单探头作自动扫查、自动记录的平面显 示（显示）和断面显示（显示） ，另一种是用相控 阵的线性扫查和扇形扫查的图像显示。 图和图 表示分别用手动探伤和相控阵端部回波法，对壁厚 图表面开口裂纹的扫描和相控阵（扇

17、形） 扫描显示图形（壁厚 ） 为 的底面开口裂纹和表面开口裂纹进行测 高的图像显示比较示例。 硼年第卷第期 万方数据 美国标准 人工缺陷和自然缺陷的试块、 试板、 试管、 试样， 进行 操作演示和技能认证。 另一方面，由于大型核电设 备和承压设备也都开始用相控阵等技术对缺陷 进行定量评价，在这方面急需相控阵技术和验收条 标准 锅炉压力容器法规第卷无损检测 第四章将相控阵法的应用列入计算机成 像技术（简称） ，并在附录中指出技术包 括开口合成法、宽带全息照相法、 相控阵法、 法、 数据自动采集成像法等。 要求实施超声 检测前， 应制定书面规程， 提出了必须量化的工 艺规程要求共个， 其中个主要素

18、，个副要 素。 在版中，对检测工艺规程，还特别 追加了项特定性变素（包括仪器型号和制造者，仪 器软件，扫查方向和扫查范围，缺陷测长方法等。 件的标准化，对有关动向当拭目以待。 参考文献： ： ， ， ， ， （） ： ， 血 ，（） ： 标准 ： ： ， 美国材料试验学会推出了 ，（） ： 相控阵超声检测装置和系统的特性评价标准指 南 ，该标准规定了实施相控阵时的一般通则。 标准正文解释了术语定义，提出了相控阵技术 的概要和一般程序；在附录中则规定了波束形状等 使用注意事项，相控阵阵元效率等硬件性能测定方 法，以及线性等装置一般性能的评价方法。 ， ，（） ： 牧原善次最新超音波探惕试骏技术供

19、用期间中 梭查（）基犟。 勤向非破壤梭查，（） ： 链原利彦，大冈纪一海外： 扫于弓现状刀非 结语 相控阵超声诊断技术在现有条件下得到的检测 结果， 往往有赖于相控阵装置的特征和性能，对操作 人员的素质要求较高，相控阵施探前必须通过设置 破壤梭查，（） ： ： ， 翻历碉历历翻口历历翻臼翻彻胡彻胡翻纠纠纠碉纠翻翻纠翻臼 型！登苎二。 要 ： 。 古弃南 。 埠。 册篮。 由： 扫。 身为铁磁性材料，存在剩磁、磁滞等因素引起的干 参考文献： 一 任吉林，林俊明金属磁记忆检测技术 北京： 中国 电力出版社， 扰。 因此，图曲线并不重合，与磁滞回线相类似。 结语 在忽略地磁场波动等因素的前提下，可以

20、认为： 在地磁环境中，应力集中导致的畸变磁场的变化幅 度（峰峰值） ，主要受拉伸方向磁场分量大小的影响， 垂直拉伸方向的磁场对畸变幅值的影响十分微弱。 在地磁场中简单地使用畸变幅度的大小判断应 力集中的程度并不是通用的可靠判断方法，但试验 中发现在固定应力下磁场畸变的幅度与拉伸方向上 磁场分量大小成近线性关系的性质也有可以用来减 弱甚至去除由于检测时地磁场方向不同而带来的干 扰，进而得到与检测时地磁场方向无关的结果。 瞳 八 ： ，： 【竺 杨恩非线性应力分布导致的磁场畸变研究 北 京： 清华大学， 【！ 陈 钎基于磁记忆效应的应力集中检测方法研究 北京： 清华大学， 口 艮 口 蹇兴亮金属磁记忆无损检测技术 现代物理知识， ，（） ： 姜保军磁测应力技术的现状和发展 无损检测， ，（） ： 邓远辉火车轮对勒伤检测方法的研究 北京： 清 华大学， 抛年誓囊囊 万方数据 1