前言相控陣超聲檢測(cè)（PhasedArrayUltrasonicTesting，簡(jiǎn)稱(chēng)PAUT）通過(guò)精準(zhǔn)控制超聲陣列探頭的陣元激勵(lì)相位與時(shí)間，實(shí)現(xiàn)波束的電子偏轉(zhuǎn)、聚焦及動(dòng)態(tài)調(diào)控，可高效檢測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、微小缺陷及異形工件。相較于傳統(tǒng)超聲檢測(cè)（UT），PAUT具備成像直觀（實(shí)時(shí)生成B/C/S掃等可視化圖像）、檢測(cè)效率高（多角度同步掃查）、缺陷定位精準(zhǔn)（三維空間定位）等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于核電、石油、航空航天等領(lǐng)域的焊縫檢測(cè)、材料評(píng)價(jià)及在役設(shè)備監(jiān)測(cè)。本手冊(cè)聚焦PAUT技術(shù)的工程應(yīng)用，涵蓋原理、設(shè)備選型、工藝設(shè)計(jì)、操作流程、問(wèn)題解決及質(zhì)量控制，助力檢測(cè)人員快速掌握核心要點(diǎn)，提升檢測(cè)質(zhì)量與效率。第一章技術(shù)原理與核心優(yōu)勢(shì)1.1相控陣超聲檢測(cè)原理PAUT的核心是超聲陣列探頭與相控陣儀器的協(xié)同：探頭由多個(gè)獨(dú)立陣元組成，儀器通過(guò)編程控制每個(gè)陣元的激勵(lì)相位與能量，使子波疊加形成具有特定角度、聚焦特性的合成波束。通過(guò)改變激勵(lì)時(shí)序，可實(shí)現(xiàn)波束的電子偏轉(zhuǎn)（覆蓋多方向缺陷）、電子聚焦（提升小缺陷檢出率）及動(dòng)態(tài)聚焦（適應(yīng)變厚度工件）。接收回波時(shí)，儀器對(duì)各陣元信號(hào)進(jìn)行相位校準(zhǔn)與合成，最終生成包含缺陷位置、尺寸的可視化圖像（如B掃顯示深度-長(zhǎng)度剖面，C掃顯示平面投影）。1.2核心優(yōu)勢(shì)（對(duì)比傳統(tǒng)UT）檢測(cè)范圍廣：一次掃查覆蓋0°~70°角度，減少探頭移動(dòng)次數(shù)；成像可視化：缺陷以圖像呈現(xiàn)，降低人為判讀誤差；復(fù)雜結(jié)構(gòu)適配性強(qiáng)：電子聚焦與偏轉(zhuǎn)可貼合曲面、異形焊縫的幾何特征；檢測(cè)效率高：多角度同步掃查、毫秒級(jí)成像，配合自動(dòng)裝置可批量檢測(cè)。第二章設(shè)備組成與選型策略2.1設(shè)備核心組成PAUT系統(tǒng)由超聲相控陣探頭、相控陣儀器、掃查裝置及分析軟件組成：2.1.1相控陣探頭陣元類(lèi)型：線性陣列（平面/規(guī)則曲面）、矩陣陣列（三維成像）、環(huán)形陣列（軸對(duì)稱(chēng)工件）；陣元數(shù)量：8~64陣元（陣元數(shù)越多，波束控制精度越高）；頻率選擇：高頻（5~10MHz）適用于薄壁/小缺陷，低頻（1~5MHz）適用于厚壁/粗晶材料；楔塊/延遲塊：根據(jù)工件曲率、檢測(cè)角度選擇（如曲面工件需匹配曲率的楔塊）。2.1.2相控陣儀器通道數(shù)：與探頭陣元數(shù)匹配（如16陣元探頭需16通道儀器）；采樣率與帶寬：高采樣率（≥100MHz）、寬帶寬保證信號(hào)保真度；成像功能：支持B/C/S掃，具備實(shí)時(shí)圖像處理與缺陷定量分析功能；便攜性：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)選便攜式儀器，實(shí)驗(yàn)室選臺(tái)式高精度儀器。2.1.3掃查裝置手動(dòng)掃查器：適用于小批量檢測(cè)，需保證探頭耦合穩(wěn)定性（如帶彈簧加載的掃查器）；自動(dòng)掃查裝置：含機(jī)械臂/導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)路徑規(guī)劃（如管道環(huán)焊縫的螺旋掃查）；工裝夾具：針對(duì)管板、法蘭等設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，保證探頭位置穩(wěn)定。2.1.4分析軟件數(shù)據(jù)采集：支持多模式掃查參數(shù)設(shè)置（聚焦法則、掃查速度）；圖像處理：提供濾波、色彩映射、三維重建功能；報(bào)告生成：自動(dòng)導(dǎo)出含缺陷數(shù)據(jù)的檢測(cè)報(bào)告（PDF/Excel格式）。2.2選型策略2.2.1按檢測(cè)對(duì)象選型厚壁焊縫（≥50mm）：選32/64陣元、低頻（2~5MHz）線性探頭，配合大角度楔塊；薄壁/小缺陷檢測(cè)：選16陣元、高頻（5~10MHz）探頭，搭配小角度楔塊；曲面工件：選柔性楔塊或矩陣探頭，適配曲率變化。2.2.2按標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范選型遵循ASMEBPVC、NB/T____等標(biāo)準(zhǔn)，選擇符合“相控陣檢測(cè)系統(tǒng)性能驗(yàn)證”要求的設(shè)備（如探頭分辨率、儀器線性度需滿足標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)）。2.2.3成本與效率平衡批量檢測(cè)優(yōu)先選自動(dòng)掃查裝置+多通道儀器；小批量、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)選便攜式儀器+手動(dòng)掃查器。第三章典型應(yīng)用場(chǎng)景與工藝設(shè)計(jì)3.1核電行業(yè)：反應(yīng)堆壓力容器與管道焊縫檢測(cè)3.1.1檢測(cè)對(duì)象特點(diǎn)厚壁（50~300mm）、高安全性要求，缺陷多為裂紋、未熔合、夾渣；工件多為曲面（如封頭、彎管），焊縫形式復(fù)雜（如馬鞍形、環(huán)焊縫）。3.1.2工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)探頭選擇：64陣元、2.25MHz線性探頭，搭配曲率匹配楔塊；聚焦法則：動(dòng)態(tài)聚焦，覆蓋焊縫全厚度；掃查方式：扇掃（45°~70°）+線性掃查，步長(zhǎng)≤0.5mm；校準(zhǔn)試塊：選用帶不同深度人工缺陷的核電專(zhuān)用試塊，校準(zhǔn)靈敏度與定位精度。3.2石油天然氣：長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)3.2.1檢測(cè)對(duì)象特點(diǎn)管道外徑Φ100~Φ1400mm，壁厚6~40mm，焊縫為X/V型坡口，缺陷以未焊透、氣孔、咬邊為主；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需快速高效。3.2.2工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)探頭選擇：16陣元、5MHz線性探頭，搭配水楔塊（非接觸式檢測(cè)）；聚焦法則：分區(qū)聚焦（近表面/深焊縫分別聚焦）；掃查方式：自動(dòng)螺旋掃查，速度≤50mm/s；缺陷判定：結(jié)合B/C掃圖像，測(cè)量缺陷長(zhǎng)度、深度，對(duì)比API1104/GB/T3323判定等級(jí)。3.3航空航天：渦輪葉片與起落架檢測(cè)3.3.1檢測(cè)對(duì)象特點(diǎn)薄壁（1~5mm）、高精度要求，缺陷為微裂紋、疏松、夾雜；材質(zhì)多為鈦合金、高溫合金，聲衰減大。3.3.2工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)探頭選擇：32陣元、10MHz矩陣探頭，搭配延遲塊（縱波檢測(cè)）；聚焦法則：點(diǎn)聚焦（能量集中于葉片內(nèi)部特定區(qū)域）；掃查方式：手動(dòng)精細(xì)掃查，配合高增益（補(bǔ)償材質(zhì)衰減）與窄脈沖（提升分辨率）；成像分析：通過(guò)C/D掃圖像識(shí)別微裂紋走向、長(zhǎng)度，結(jié)合金相分析驗(yàn)證缺陷性質(zhì)。第四章操作流程與關(guān)鍵步驟4.1檢測(cè)前準(zhǔn)備4.1.1工件表面處理去除油污、氧化皮、焊縫余高，表面粗糙度Ra≤6.3μm（手動(dòng)打磨或機(jī)械加工）；曲面工件保證掃查區(qū)域曲率一致。4.1.2設(shè)備校準(zhǔn)探頭校準(zhǔn)：用標(biāo)準(zhǔn)試塊測(cè)量延遲時(shí)間、靈敏度；儀器校準(zhǔn)：檢查通道一致性、時(shí)間基準(zhǔn)（與試塊標(biāo)稱(chēng)厚度匹配）。4.1.3耦合劑選擇液體耦合劑（甘油/專(zhuān)用耦合劑）：適用于平面/規(guī)則曲面，耦合層厚度≤0.5mm；固體耦合劑（耦合墊/橡膠楔塊）：適用于粗糙表面、高溫工件（≥150℃）。4.2參數(shù)設(shè)置與優(yōu)化4.2.1探頭參數(shù)陣元數(shù)、頻率、楔塊角度按工藝設(shè)計(jì)設(shè)置（如核電檢測(cè)選64陣元、2.25MHz、45°~70°楔塊）；聚焦深度根據(jù)工件厚度調(diào)整（如厚壁焊縫聚焦深度=焊縫厚度/2）。4.2.2儀器參數(shù)增益：以人工缺陷回波幅值達(dá)滿屏80%為基準(zhǔn)，粗晶材料增益+6~12dB；采樣率：≥探頭頻率的5倍（如5MHz探頭，采樣率≥25MHz）；掃查速度：手動(dòng)≤20mm/s，自動(dòng)≤50mm/s。4.3掃查實(shí)施與數(shù)據(jù)采集4.3.1手動(dòng)掃查保持探頭與工件表面垂直/貼合，壓力均勻；按“Z”字形掃查，相鄰掃查線重疊率≥10%。4.3.2自動(dòng)掃查安裝掃查裝置，設(shè)置路徑參數(shù)（如管道環(huán)焊縫的周向角度、軸向步長(zhǎng)）；實(shí)時(shí)監(jiān)控成像質(zhì)量，異常時(shí)暫停調(diào)整。4.4缺陷分析與報(bào)告生成4.4.1成像分析B掃：觀察缺陷深度與長(zhǎng)度，判斷面型（裂紋）或體積型（氣孔）缺陷；C掃：確定缺陷平面位置（如焊縫時(shí)鐘方位）；S掃：分析缺陷角度特性（如裂紋反射角度）。4.4.2缺陷定量長(zhǎng)度：B掃/C掃中的軸向/平面長(zhǎng)度；深度：缺陷頂部/底部深度（通過(guò)時(shí)間-深度曲線計(jì)算）；面積：C掃中的投影面積（體積型缺陷）。4.4.3報(bào)告生成包含工件信息、工藝參數(shù)、缺陷數(shù)據(jù)、結(jié)論；附加缺陷圖像（B/C掃截圖），便于復(fù)查。第五章常見(jiàn)問(wèn)題與解決方案5.1檢測(cè)信號(hào)雜波多原因表面粗糙、耦合劑不足/變質(zhì)、探頭磨損、儀器增益過(guò)高。解決重新打磨表面（Ra≤6.3μm）、更換耦合劑、檢查/更換探頭、降低增益（雜波≤20%滿屏）。5.2缺陷定位偏差原因試塊與工件材質(zhì)不匹配、探頭角度錯(cuò)誤、掃查路徑偏移。解決選用同材質(zhì)試塊（或修正聲速）、重新測(cè)量楔塊角度、標(biāo)記焊縫中心并沿標(biāo)記掃查。5.3成像不清晰（缺陷邊界模糊）原因采樣率過(guò)低、聚焦深度錯(cuò)誤、軟件濾波過(guò)度。解決提高采樣率（≥100MHz）、調(diào)整聚焦深度（與缺陷深度一致）、降低濾波強(qiáng)度（如“中濾波”）。第六章質(zhì)量控制與安全規(guī)范6.1質(zhì)量控制要點(diǎn)6.1.1人員資質(zhì)檢測(cè)人員需持UTLevelII/III資質(zhì)，定期參加技術(shù)交流。6.1.2設(shè)備校準(zhǔn)周期探頭：每3個(gè)月校準(zhǔn)延遲時(shí)間/靈敏度，每年檢查陣元；儀器：每年校準(zhǔn)通道一致性/時(shí)間基準(zhǔn)；掃查裝置：每半年校準(zhǔn)機(jī)械精度。6.1.3檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行遵循ASMEBPVC、NB/T____等標(biāo)準(zhǔn)，保留原始數(shù)據(jù)（波形/成像文件）。6.1.4記錄管理建立檢測(cè)臺(tái)賬，報(bào)告經(jīng)LevelIII審核后存檔≥5年。6.2安全與環(huán)保規(guī)范6.2.1現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)噪聲防護(hù)：環(huán)境噪聲過(guò)高時(shí)佩戴耳塞；機(jī)械防護(hù)：自動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)設(shè)安全圍欄；觸電防護(hù)：儀器接地良好，潮濕環(huán)境用絕緣墊。6.2.2環(huán)保要求選用可降解耦合劑，廢舊探