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相控陣超聲檢測檢測

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發(fā)布時間：2025-07-25 04:48:55 更新時間：2025-07-24 04:48:56

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

相控陣超聲檢測

相控陣超聲檢測（Phased Array Ultrasonic Testing, PAUT）是一種先進(jìn)的無損檢測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空航天、核能和石油化工等領(lǐng)域。它利用多個壓電晶片組成的探頭陣列，通過電子控制相位延遲來實(shí)現(xiàn)超聲波束的動態(tài)聚焦和掃描，從而提供更高的分辨率、更快的檢測速度和更全面的缺陷表征能力。與傳統(tǒng)單晶探頭超聲波檢測相比，PAUT能夠?qū)崿F(xiàn)多角度掃描、實(shí)時成像和復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性檢測，顯著提高了檢測效率和準(zhǔn)確性。該技術(shù)的核心在于其“相控陣”原理：通過調(diào)整每個晶片的激發(fā)時間和幅度，形成可移動和聚焦的超聲波束，類似于雷達(dá)或醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)，能夠精確探測材料內(nèi)部的裂紋、氣孔、夾雜物、腐蝕或焊接缺陷等異常情況。PAUT不僅適用于金屬結(jié)構(gòu)（如管道、儲罐和機(jī)械部件），還延伸至復(fù)合材料和增材制造件的質(zhì)量控制，是保障結(jié)構(gòu)安全和延長設(shè)備壽命的關(guān)鍵工具。隨著數(shù)字化和自動化的發(fā)展，PAUT正成為工業(yè)4.0時代無損檢測的標(biāo)桿技術(shù)，推動著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)向更高效、智能化的方向演進(jìn)。

檢測項(xiàng)目

相控陣超聲檢測的應(yīng)用項(xiàng)目廣泛多樣，主要涵蓋材料缺陷識別和質(zhì)量驗(yàn)證。常見的檢測項(xiàng)目包括：焊縫檢測（如管道焊接、壓力容器焊縫），用于排查未熔合、裂紋和氣孔等缺陷；管材和棒材檢測，評估腐蝕、壁厚減薄或內(nèi)部空洞；復(fù)合材料檢測，如航空航天部件的分層和脫粘分析；鑄件和鍛件檢測，識別內(nèi)部夾雜物或縮孔；以及核電站組件或風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的在役檢測。這些項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)高精度和實(shí)時性，通常涉及高溫、高壓或危險環(huán)境下的作業(yè)，PAUT能通過電子掃描替代機(jī)械運(yùn)動，減少人為誤差并提升檢測覆蓋范圍。

檢測儀器

PAUT的檢測儀器系統(tǒng)由多個關(guān)鍵組件構(gòu)成，確保高效的數(shù)據(jù)采集和分析。核心設(shè)備包括：相控陣探頭，通常由16至128個晶片組成的線性或矩陣陣列，頻率范圍在1-10MHz，可根據(jù)檢測需求定制；控制器單元（如Olympus OmniScan或GE Phasor），用于生成和接收超聲波信號，并通過電子延時控制實(shí)現(xiàn)波束聚焦；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，配備高速數(shù)字化器和存儲模塊，實(shí)時捕獲A-Scan、B-Scan或S-Scan數(shù)據(jù)；以及軟件分析工具（如TOFD成像軟件），用于圖像重建、缺陷量化和報告生成。輔助儀器包括耦合劑噴射裝置、編碼器（用于位置同步）和便攜式顯示器，整個系統(tǒng)通常集成在輕便的手持或自動化掃描器中，支持現(xiàn)場快速部署。

檢測方法

相控陣超聲檢測的方法包括標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程和技術(shù)策略，確保檢測的一致性和可靠性。基本方法涉及以下步驟：首先，根據(jù)檢測對象（如材料類型和厚度）選擇合適的探頭和頻率，并進(jìn)行校準(zhǔn)（使用參考試塊如IIW類型）；其次，設(shè)置掃描參數(shù)，包括波束角度（如0-70度掃描）、聚焦深度和掃描模式（如線性掃描或扇形掃描）；然后，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，探頭通過電子掃描移動波束，獲取多角度超聲波回波信號，并實(shí)時生成C-Scan或S-Scan圖像；最后，通過軟件分析信號特征（如幅度、時間和位置），識別缺陷類型、尺寸和位置，并進(jìn)行定量評估。技術(shù)優(yōu)勢包括多組同時檢測、焊縫的全覆蓋掃描以及自適應(yīng)聚焦，減少了對機(jī)械掃描的依賴，尤其適用于復(fù)雜幾何形狀的檢測。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

相控陣超聲檢測遵循嚴(yán)格的國際和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保證檢測的規(guī)范性和可比性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：ISO 10863（焊縫超聲檢測的相控陣方法），規(guī)定了檢測程序、設(shè)備要求和驗(yàn)收準(zhǔn)則；ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section V（Article 4），詳細(xì)定義了核電和壓力容器檢測的相控陣應(yīng)用；EN ISO 17640（無損檢測-超聲波檢測），涵蓋了通用技術(shù)要求；以及行業(yè)特定標(biāo)準(zhǔn)如API 5UE（石油管道檢測）。這些標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)參數(shù)驗(yàn)證（如靈敏度設(shè)置）、缺陷評級（基于尺寸和位置）和人員資質(zhì)（需獲得ASNT或PCN認(rèn)證），確保檢測結(jié)果的可追溯性和合規(guī)性。定期更新標(biāo)準(zhǔn)以適應(yīng)新技術(shù)，是提升檢測可靠性的關(guān)鍵。