超聲相控陣檢測技術(shù)

會(huì)計(jì)學(xué)1超聲相控陣檢測技術(shù)2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(jì)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(duì)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(duì)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。第1頁/共24頁3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(jì)基于惠更斯原理。換能器由多個(gè)相互獨(dú)立的壓電晶片組成陣列，每個(gè)晶片稱為一個(gè)單元，按一定的規(guī)則和時(shí)序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個(gè)單元，使陣列中各單元發(fā)射的超聲波疊加形成一個(gè)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(shí)序控制接收單元的接收并進(jìn)行信號(hào)合成，再將合成結(jié)果以適當(dāng)形式顯示。第2頁/共24頁4Whatisaphasedarraysystem?第3頁/共24頁52.3超聲相控陣檢測技術(shù)的特點(diǎn)（1）生成可控的聲束角度和聚焦深度

（2）可對(duì)試件進(jìn)行高速、全方位和多角度檢測（3）不移動(dòng)探頭或盡量少移動(dòng)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(diǎn)尺寸和聲束方向，在分辨力、信噪比、缺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)的基本原理第4頁/共24頁6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)組成第5頁/共24頁7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φ1和φ2,使得Δφ=0。

第6頁/共24頁8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第7頁/共24頁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3.2.2按陣元排列方式第8頁/共24頁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3.2.3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

線陣列探頭第9頁/共24頁11第三章超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成3.2.3.2相控陣探頭第10頁/共24頁12第三章超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成3.2.3.3凸形陣列探頭第11頁/共24頁13超聲相控陣系統(tǒng)工作原理ExampleofangledbeamgeneratedbyflatprobebymeansofvariabledelayExampleoffocusedlinearscanbeam第12頁/共24頁14超聲相控陣系統(tǒng)的B掃描顯示Electroniclinearscan(B-scan)imageshowingrelativeholepositionanddepthacrossthelengthofalineararray第13頁/共24頁15Thesoundbeamsweepsthroughaseriesofanglestogenerateanapproximatelycone-shapedcross-sectionalimage.Itshouldbenotedthatinthisexample,bysweepingthebeamthephasedarrayprobeisabletomapallthreeholesfromasingletransducerposition.

第14頁/共24頁16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)第15頁/共24頁17ConventionalC-scanimageshowingholeposition第16頁/共24頁18第四章超聲相控陣的應(yīng)用4.1超聲相控陣檢測技術(shù)在核工業(yè)的應(yīng)用

在核動(dòng)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(dá)性及可檢性差而申請(qǐng)免檢多。此時(shí)，應(yīng)用相控陣技術(shù)可提高檢測效率，減少輻照時(shí)間，擴(kuò)大超聲檢測應(yīng)用范圍，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第17頁/共24頁19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(duì)焊縫作橫波斜探傷時(shí)，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(dòng)；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(jī)械掃查器沿著精確定位的軌道滑動(dòng)完成，故可實(shí)現(xiàn)高速探傷。第18頁/共24頁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(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)

第19頁/共24頁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)在焊縫斜探傷中的應(yīng)用(3)

焊縫UTB型、

C型和D型顯示第20頁/共24頁22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(tái)結(jié)構(gòu)環(huán)焊縫檢測中的應(yīng)用（1）對(duì)海洋平臺(tái)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(hù)措施，所以在工程中應(yīng)用不是很方便；雖然海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的超聲檢測不需防護(hù)措施，但手工超聲探傷存在重復(fù)性和可靠性方面的問題。第21頁/共24頁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(tái)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，通過采用超聲相控陣