超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术第1页，共25页，2023年，2月20日，星期四主要内容1、超声相控阵的发展历史2、超声相控阵技术的基本原理3、超声相控阵系统的硬件组成4、超声相控阵的应用2第2页，共25页，2023年，2月20日，星期四第一章超声相控阵的发展历史超声相控阵检测技术已有20多年的发展历史。初期主要应用于医疗领域。自20世纪90年代起，超声相控阵检测成像技术开始在欧美等国家逐步应用于工业无损检测。目前，国内对超声相控阵成像技术的研究主要集中在医疗超声相控阵领域，对工业无损检测领域的超声相控阵技术的研究尚处于探索阶段。3第3页，共25页，2023年，2月20日，星期四第二章超声相控阵技术的基本原理2.1超声相控阵换能器的原理超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示。4第4页，共25页，2023年，2月20日，星期四Whatisaphasedarraysystem?5第5页，共25页，2023年，2月20日，星期四2.3超声相控阵检测技术的特点（1）生成可控的声束角度和聚焦深度

（2）可对试件进行高速、全方位和多角度检测（3）不移动探头或尽量少移动探头（4）通常不需要复杂的扫查装置，不需更换探头（5）优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。第二章超声相控阵技术的基本原理6第6页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成

3.1超声相控阵系统组成7第7页，共25页，2023年，2月20日，星期四第二章超声相控阵技术的基本原理2.2相位控制与声束聚焦

相控的目的就是要控制φ1和φ2,使得Δφ=0。

8第8页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成3.2阵列探头的种类3.2.1按压电元件阵列特征9第9页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成3.2阵列探头的种类3.2.2按阵元排列方式10第10页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成3.2阵列探头的种类3.2.3按使用方法和目的分为线阵列探头、相控阵探头和凸形阵列探头三种。

3.2.3.1

线阵列探头11第11页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成3.2.3.2相控阵探头12第12页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成3.2.3.3凸形阵列探头13第13页，共25页，2023年，2月20日，星期四超声相控阵系统工作原理ExampleofangledbeamgeneratedbyflatprobebymeansofvariabledelayExampleoffocusedlinearscanbeam14第14页，共25页，2023年，2月20日，星期四超声相控阵系统的B扫描显示Electroniclinearscan(B-scan)imageshowingrelativeholepositionanddepthacrossthelengthofalineararray15第15页，共25页，2023年，2月20日，星期四Thesoundbeamsweepsthroughaseriesofanglestogenerateanapproximatelycone-shapedcross-sectionalimage.Itshouldbenotedthatinthisexample,bysweepingthebeamthephasedarrayprobeisabletomapallthreeholesfromasingletransducerposition.

16第16页，共25页，2023年，2月20日，星期四第三章超声相控阵系统的硬件组成3.3阵列探头的结构和特性3.3.1基本结构17第17页，共25页，2023年，2月20日，星期四ConventionalC-scanimageshowingholeposition18第18页，共25页，2023年，2月20日，星期四第四章超声相控阵的应用4.1超声相控阵检测技术在核工业的应用

在核动力装置及设备中，厚壁工件、粗晶材料和复杂形状工件多，设备和管道中某些焊缝可达性及可检性差而申请免检多。此时，应用相控阵技术可提高检测效率，减少辐照时间，扩大超声检测应用范围，取得显著的经济效益和社会效益。19第19页，共25页，2023年，2月20日，星期四第四章超声相控阵的应用4.2超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(1)用相控阵探头对焊缝作横波斜探伤时，无需象普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后移动；而焊缝长度方向的全体积扫查，可借助于装有阵列探头的机械扫查器沿着精确定位的轨道滑动完成，故可实现高速探伤。20第20页，共25页，2023年，2月20日，星期四第四章超声相控阵的应用4.2超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(2)采用充水耦合的焊缝相控阵斜探法；声束扫查方式有两种：一种是扇形扫查，用于检测焊缝；另一种是垂直扫查，用于监视探头表面耦合状态

21第21页，共25页，2023年，2月20日，星期四第四章超声相控阵的应用4.2超声相控阵检测技术在焊缝斜探伤中的应用(3)

焊缝UTB型、

C型和D型显示22第22页，共25页，2023年，2月20日，星期四第四章超声相控阵的应用4.3超声相控阵检测技术在海洋平台结构环焊缝检测中的应用（1）对海洋平台结构特殊构件环焊缝检测，规范允许使用10%～20%射线检测和100%的超声检测。但由于射线探伤效率太低，而且还必须具备现场射线防护措施，所以在工程中应用不是很方便；虽然海洋平台结构的超声检测不需防护措施，但手工超声探伤存在重复性和可靠性方面的问题。23第23页，共25页，2023年，2月20日，星期四第四章超声相控阵的应用4.3超声相控阵检测技术在海洋平台结构环焊缝检测中的应用（2）超声相控阵检测成像技术正好克服了以上两种方法的弊端，通过采用超声相控阵探头控制电子扫描，使其