相控阵检测技术与普通A超检测技术对比分析

相控阵检测技术与普通A超检测技术对比分析——课题小组一、 检测原理对比常规超声检测与相控阵检测技术都是由电压激励压电晶片探头在弹性介质中产生的机械振动为基础原理，其发射的都是脉冲波。常规超声探头是声束扩散的单晶探头，其声场在工件中以唯一的折射角在工件中传输声束轴线上声压最大，两侧声压较低。当有缺陷存在时，由于缺陷与周围母材之间的声阻抗不同，当入射角度合适时，会有发射波回到探头中，经过信号处理在显示屏上显示出来。由于单晶探头方向性唯一，因此可能会有一部分缺陷检测不到或者回波较低无法判断。然而，相控阵超声探头类似于将一个完整的压电晶片分割成许多相同的小晶片，并让其宽度远小于其长度，这样每个小晶片可视为辐射柱面波的线状波源，然后这些线状波源的波阵面就会产生波的干涉，最终形成整体波阵面。如果对这些小的波阵面进行延时处理，并与相位、振幅同步。通过此种方式就可以创造出方向可调的超声聚集声束（如下图所示）。通过以上对比，普通超声波声束是发散的，而相控阵则是聚焦声束，另外相控阵声束可以偏转，这样就可以检测不同方向的缺陷，而普通A超声波声束具有单一方向性，这样不在声束主轴线上的其他缺陷可能漏检。另外，聚焦声场对检测灵敏度、分辨力都有所提高。可见，常规超声检测与相控阵检测技术实际上采用的都是脉冲波，只不过相控阵细微的变化使得声束聚焦、角度、焦深可调彰显出其优势所在。二、 扫查方式对比普通超声波的扫查基本方式有前后、左右、转角、环绕等（如下图所示）。其目的主要是为了发现缺陷后观察缺陷的动态波形以及区分缺陷信号或伪缺陷信号，确定缺陷的位置、方向和形状。而在扫查过程中主要为了获得缺陷的最高反射波以及缺陷反射波的动态形状，以便对缺陷进行定量、定性分析。实际检测焊缝时候，我们往往采用锯齿形进行扫查，当发现缺陷时候，再进行转角或者环绕扫查。

((?((( ((g((J' —((?((( ((g((J' —\ \ \s.—R-\*-VE—1 H/ 1■4 ,一询后 左右 转角 环绕然而，相控阵基本扫查方式为沿线扫查，其主要目的是为了成像（便于图像处理）。如果采用锯齿形扫查也是可以的，只不过动态成像无法实现。沿线扫查比锯齿扫查的检测速度快，容易实现扫查的自动化或半自动化。锯齿扫查比沿线扫查覆盖范围大，手工操作比较方便。如果利用锯齿扫查+相控阵电子扇扫描，得到的缺陷反射回波波幅最高（想一想，为什么？）如果利用沿线扫查+相控阵电子扇扫描，所需的探头移动区最小。三、 扫查灵敏度对比普通超声波检测的时候，往往在设定好的检测灵敏度基础上提高6—12dB作为扫查灵敏度，其目的主要是为了保证波高较低的危害性缺陷漏检，使在基准线以下的缺陷波提高上来，以便分析其缺陷性质，同时提高扫查灵敏度可以保证扫查过程中回波较低的缺陷检测出来，因为扫查过程所发现的缺陷不一定是其最高波，需要在其适当位置进行扫查找到最高波最终目的确保缺陷不漏检。而相控阵的扫查灵敏度的设定是否要与普通A超检测技术一致，也提高一定的增益？现在看来，不需要也无法使两者规定完全一致。一是相控阵的TCG与常规超声的DAC不同，无法做到两者规定一致；二是TCG的远处信号增益一般要比DAC高，无缺陷漏检或灵敏度不够之虞；三是常规超声检测时通过观察闪动的波形来发现缺陷，高波幅信号比低波幅信号在闪动中更容易被捕捉，所以设置足够高的扫查灵敏度相对重要。而相控阵检测是根据记录和图像，在离线状态下通过数据判读来检出缺陷，不存在观察闪动波形问题。对图像质量和观察效果来说，信噪比是更重要的参数。另外，采集信号过程中不寻找最高波，那么结果必然是得到的缺陷回波信号低于常规超声技术，如果从这一点来说，如果要设置扫查灵敏度，应比常规超声波高。沿线扫查操作与锯齿扫查的一个重要不同点是：前者不寻找最高波。为什么沿线扫查操作不寻找最高波？因为采用沿线扫查的目的是实现自动化检测、快速检测、大批量检测和成像检测，如果规定要寻找最高波，上述四个目标都无法实现。由于不寻找最高波，沿线扫查和锯齿扫查检测得到的信号波幅肯定不一样。由于脉冲反射法超声的缺陷定量是依赖信号波幅的，因此可以断言，两种扫查方法对缺陷的定量结果是不同的。四、 灵敏度设定对比普通超声灵敏度就是用反射体尺寸+衰减器值改变量(或增益值改变量)表示，例如©2x40-18dB,d1x6-9dB,。但请注意，这样的说法实际上是不全面，还缺一项，那就是“最大探测深度处的波高”。以前不使用面板曲线时，超声检测的灵敏度调节方法是：先把“最大探测深度处”反射体回波找到，调节到屏幕的较高位置，例如80%或60%,然后按照标准规定值-18dB(-9dB)，就OK了；后来使用面板曲线了，制作DAC曲线时，为了使靠前一段的曲线能够显示出来，不得不把曲线末端，即“最大探测深度处的波高”降低，降低多少呢？有时降低到40%，有时降低到20%，甚至有降到10%的。请注意，不使用DAC和使用DAC的检测灵敏度是不一样的，如果前者"最大探测深度处的波高”是80%，后者曲线末端是20%,两者的灵敏度差了多少？差12dB!另外还要注意，即使都是使用DAC曲线，曲线末端在40%或20%，两者灵敏度也不一样，相差多少？差6dB。常规超声的灵敏度设置在对比试块，例如CSK-IIA,CSK-IIIA上进行。设置灵敏度时需要用手按住探头，在试块上前后反复移动寻找横孔的最高波。这种操作方式实际上模仿了锯齿扫查的操作过程。相控阵的基本扫查方式是沿线扫查，其灵敏度设置如果模仿锯齿扫查的操作在对比试块上进行是否合适？我认为不合适!理由很简单，工件上的相控阵检测不是这样扫的。正因为相控阵技术是以沿线扫查方式对批量工件实施检测的，所以其灵敏度设置应该按沿线扫查方式操作，这样就不能使用CSK-IA，CSK-IIIA之类的对比试块，而应该使用可以进行沿线扫查操作的试块，最好使用模拟试块。相控阵的模拟试块应该是什么样子？这里说的模拟试块是指用焊接试板加工的试块，也就是说试块上有模拟工件结构的焊缝。模拟试块的材质、尺寸、形状、焊缝坡口与工件应相同或相近，在模拟试块的焊缝上不同位置钻几个横孔用来设置灵敏度。设置灵敏度时，探头应连接编码器按沿线扫查方式在试板上扫过去。用模拟试块设置相控阵的灵敏度有什么好处？用模拟试块和沿线扫查方式来设置灵敏度有很多好处：首先是不再模仿锯齿扫查去寻找最高波，实际在工件中的扫查方式与设置灵敏度的扫查方式完全一致，都是沿线扫查，实际检测在工件中的灵敏度与模拟试板中的灵敏度完全一样；其次试块上不同位置的横孔可以给出焊缝不同位置的信号波幅，因此可以检查覆盖焊缝的声场情况和不同位置的灵敏度；第三是消除了材质、晶粒度、扫查面粗糙度的影响；第四是可以得到非相关信号，例如焊缝结构反射信号图谱上的位置，有助于数据判读时区分真伪缺陷。五、DAC与TCG对比DAC曲线又称距离-波幅曲线，多年来一直在用，是我们最熟悉的东西；TCG又称时间-增益修正(timecorrectedgain)，其功能是对不同声程处相同尺寸反射体的回波进行增益修正，使之达到相同幅值。修正后得到的是一条直线，即所有深度的相同直径的横孔的反射波高都是一样的。普通数字机大多数不配置TCG功能，但也不是完全没有。TCG比DAC好,其优点包括：（1）因为所有深度的相同直径的横孔的反射波高都是一样的，所以TCG是一条直线，不像DAC是近高远低的曲线，在屏幕上显示不完全，顾得了头就顾不了尾；（2）由于TCG直接动用增益进行补偿，所以近处的检测灵敏度自动降低，远处的检测灵敏度自动提高，不但波形观察方便，而且实际的检测灵敏度比DAC咼。3、相控阵技术使用TCG的意义相控阵技术是要成像的，其图像中的颜色与信号波幅相关（图1）。模