超聲相控陣探傷技術(shù)發(fā)展及探傷檢測(cè)具備的優(yōu)勢(shì)

無損檢測(cè)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(cè)手段來檢測(cè)或測(cè)量、顯示和評(píng)估這些變化，從而了解和評(píng)價(jià)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(cè)技術(shù)因其可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)而在工業(yè)檢測(cè)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(cè)中的應(yīng)用，它主要是通過控制相控探頭各個(gè)陣元的激勵(lì)延遲時(shí)間來控制波束的偏轉(zhuǎn)與聚焦，從而實(shí)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(cè)的范疇，但是與傳統(tǒng)超聲檢測(cè)相比具有掃描速度快、掃查范圍大、可達(dá)性好等優(yōu)點(diǎn)，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(gè)子單元發(fā)射電磁波束的延時(shí)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(gè)振元的時(shí)間延遲達(dá)到控制波束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)與聚焦的目的，從而實(shí)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(dòng)聲束從而對(duì)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(fèi)用高等原因使其在工業(yè)無損檢測(cè)中的應(yīng)用受到限制。

然而隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(cè)，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(cè)，核廢料罐電子束環(huán)焊縫的全自動(dòng)檢測(cè)以及薄鋁板摩擦焊縫熱疲勞裂紋的檢測(cè)。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(hào)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(cè)的可達(dá)性，提高檢測(cè)的精確性、重現(xiàn)性及檢測(cè)結(jié)果的可靠性，增強(qiáng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和直觀性，促進(jìn)無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)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(diǎn)：

(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(dòng)或少移動(dòng)探頭的情況下進(jìn)行快捷的掃查，提高檢測(cè)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(duì)于復(fù)雜零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者不利于探頭移動(dòng)旋轉(zhuǎn)的地方，相控陣超聲波檢測(cè)具有非常重要的作用。

(4) 通過優(yōu)化控制焦點(diǎn)尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向，可使檢測(cè)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(cè)具有這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此在核工業(yè)及航空工業(yè)，管道焊縫等無損檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。