1、超聲相控陣檢測技術(shù),馬慶超 2007-6-18,2,主要內(nèi)容,1、超聲相控陣的發(fā)展歷史 2、超聲相控陣技術(shù)的基本原理 3、超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成 4、超聲相控陣的應(yīng)用,3,第一章 超聲相控陣的發(fā)展歷史,超聲相控陣檢測技術(shù)已有20多年的發(fā)展歷史。 初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。 自20 世紀90 年代起，超 聲相控陣檢測成像技術(shù)開 始在歐美等國家逐步應(yīng)用 于工業(yè)無損檢測。 目前，國內(nèi)對超聲相控陣成像技術(shù)的研究主要集中在醫(yī)療超聲相控陣領(lǐng)域，對工業(yè)無損檢測領(lǐng)域的超聲相控陣技術(shù)的研究尚處于探索階段。,4,第二章 超聲相控陣技術(shù)的基本原理,2.1 超聲相控陣換能器的原理 超聲相控陣換能器的設(shè)計基于惠更斯原理

2、。 換能器由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，每個晶片稱為一個單元，按一定的規(guī)則和時序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個單元，使陣列中各單元發(fā)射的超聲波疊加形成一個新的波陣面。 同樣，在反射波的接收過程中，按一定規(guī)則和時序控制接收單元的接收并進行信號合成，再將合成結(jié)果以適當(dāng)形式顯示。,5,What is a phased array system?,6,2.3 超聲相控陣檢測技術(shù)的特點 （1）生成可控的聲束角度和聚焦深度 （2）可對試件進行高速、全方位和多角度檢測 （3）不移動探頭或盡量少移動探頭 （4）通常不需要復(fù)雜的掃查裝置，不需更換探頭 （5）優(yōu)化控制焦柱長度、焦點尺寸和聲束方向，在分辨力、信噪比、缺

3、陷檢出率等方面具有一定的優(yōu)越性。,第二章 超聲相控陣技術(shù)的基本原理,7,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.1 超聲相控陣系統(tǒng)組成,8,第二章 超聲相控陣技術(shù)的基本原理,2.2 相位控制與聲束聚焦,相控的目的就是要控制1和2,使得=0。,9,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.2 陣列探頭的種類 3.2.1按壓電元件陣列特征,10,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.2 陣列探頭的種類 3.2.2 按陣元排列方式,11,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.2 陣列探頭的種類 3.2.3 按使用方法和目的 分為線陣列探 頭、相控陣探 頭和凸形陣列 探頭三種。 3.2.3.1 線陣列探頭,

4、12,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.2.3.2相控陣探頭,13,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.2.3.3凸形陣列探頭,14,超聲相控陣系統(tǒng)工作原理,15,超聲相控陣系統(tǒng)的B掃描顯示,Electronic linear scan (B-scan) image showing relative hole position and depth across the length of a linear array,16,The sound beam sweeps through a series of angles to generate an approximately cone-

5、shaped cross-sectional image. It should be noted that in this example, by sweeping the beam the phased array probe is able to map all three holes from a single transducer position.,17,第三章 超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成,3.3 陣列探頭的結(jié)構(gòu)和特性 3.3.1 基本結(jié)構(gòu),18,Conventional C-scan image showing hole position,19,第四章 超聲相控陣的應(yīng)用,4.1 超聲

6、相控陣檢測技術(shù)在核工業(yè)的應(yīng)用 在核動力裝置及設(shè)備中，厚壁工件、粗晶材料和復(fù)雜形狀工件多，設(shè)備和管道中某些焊縫可達性及可檢性差而申請免檢多。 此時，應(yīng)用相控陣技術(shù)可提高檢測效率，減少輻照時間，擴大超聲檢測 應(yīng)用范圍，取得顯著 的經(jīng)濟效益和社會效 益。,20,第四章 超聲相控陣的應(yīng)用,4.2超聲相控陣檢測技術(shù)在焊縫斜探傷中的應(yīng)用(1) 用相控陣探頭對焊縫作橫波斜探傷時，無需象普通單探頭那樣在焊縫兩側(cè)頻繁地來回前后移動； 而焊縫長度方向的全體積掃查，可借助于裝有陣列探頭的機械 掃查器沿著精 確定位的軌道 滑動完成，故 可實現(xiàn)高速探 傷。,21,第四章 超聲相控陣的應(yīng)用,4.2 超聲相控陣檢測技術(shù)在焊

7、縫斜探傷中的應(yīng)用(2) 采用充水耦合的焊縫相控陣斜探法；聲束掃查方式有兩種：一種是扇形掃查，用于檢測焊縫；另一種是垂直掃查，用于監(jiān)視探頭表面耦合狀態(tài),22,第四章 超聲相控陣的應(yīng)用,4.2 超聲相控陣檢測技術(shù)在焊縫斜探傷中的應(yīng)用(3) 焊縫UT B型、 C型和D型顯示,23,第四章 超聲相控陣的應(yīng)用,4.3 超聲相控陣檢測技術(shù)在海洋平臺結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫檢測中的應(yīng)用（1） 對海洋平臺結(jié)構(gòu)特殊構(gòu)件環(huán)焊縫檢測，規(guī)范允許使用10%20%射線檢測和100%的超聲檢測。 但由于射線探傷效率太低，而且還必須具備現(xiàn)場射線防護措施，所以在工程中應(yīng)用不是很方便； 雖然海洋平臺結(jié)構(gòu)的超聲檢測不需防護措施，但手工超聲探傷存在重復(fù)性和可靠性方面的問題。,24,第四章 超聲相控陣的應(yīng)用,4.3 超聲相控陣檢測技術(shù)在海洋平臺結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫檢測中的應(yīng)用（2） 超聲相控陣檢測成像技術(shù)正好克服了以上兩種方法的弊端，通過采用超聲相