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1、超聲相控陣檢測技術馬慶超2007-6-18主要內(nèi)容1、超聲相控陣的發(fā)展歷史2、超聲相控陣技術的基本原理3、超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成4、超聲相控陣的應用2第一章超聲相控陣的發(fā)展歷史超聲相控陣檢測技術已有20多年的發(fā)展歷史。初期主要應用于醫(yī)療領域。自20世紀90年代起，超聲相控陣檢測成像技術開始在歐美等國家逐步應用于工業(yè)無損檢測。目前，國內(nèi)對超聲相控陣成像技術的研究主要集中在醫(yī)療超聲相控陣領域，對工業(yè)無損檢測領域的超聲相控陣技術的研究尚處于探索階段。3第二章超聲相控陣技術的基本原理2.1超聲相控陣換能器的
2、原理超聲相控陣換能器的設計基于惠更斯原理。換能器由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，每個晶片稱為一個單元，按一定的規(guī)則和時序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個單元，使陣列中各單元發(fā)射的超聲波疊加形成一個新的波陣面。同樣，在反射波的接收過程中，按一定規(guī)則和時序控制接收單元的接收并進行信號合成，再將合成結果以適當形式顯示。4Whatisaphasedarraysystem?52.3超聲相控陣檢測技術的特點（1）生成可控的聲束角度和聚焦深度（2）可對試件進行高速、全方位和多角度檢測（3）不移動探頭或盡量少移動探頭（4）通
3、常不需要復雜的掃查裝置，不需更換探頭（5）優(yōu)化控制焦柱長度、焦點尺寸和聲束方向，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的基本原理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7第二章超聲相控陣技術的基本原理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。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10第三章超聲相控陣系統(tǒng)的硬件
4、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13超聲相控陣系統(tǒng)工作原理ExampleofangledbeamgeneratedbyflatprobebymeansofvariabledelayExampleoffocusedlinearscanbeam14超聲相控陣系統(tǒng)的B掃描顯示Electroniclinea
5、rscan(B-scan)imageshowingrelativeholepositionanddepthacrossthelengthofalineararray15Thesoundbeamsweepsthroughaseriesofanglestogenerateanapproximatelycone-shapedcross-sectionalimage.Itshouldbenotedthatinthisexample,bysweepingthebeamthephasedarrayprobeisa
6、bletomapallthreeholesfromasingletransducerposition.16第三章超聲相控陣系統(tǒng)的硬件組成3.3陣列探頭的結構和特性3.3.1基本結構17ConventionalC-scanimageshowingholeposition18第四章超聲相控陣的應用4.1超聲相控陣檢測技術在核工業(yè)的應用在核動力裝置及設備中，厚壁工件、粗晶材料和復雜形狀工件多，設備和管道中某些焊縫可達性及可檢性差而申請免檢多。此時，應用相控陣技術可提高檢測效率，減少輻照時間，擴大超聲檢測應用
7、范圍，取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。19第四章超聲相控陣的應用4.2超聲相控陣檢測技術在焊縫斜探傷中的應用(1)用相控陣探頭對焊縫作橫波斜探傷時，無需象普通單探頭那樣在焊縫兩側頻繁地來回前后移動；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械掃查器沿著精確定位的軌道滑動完成，故可實現(xiàn)高速探傷。20第四章超聲相控陣的應用4.2超聲相控陣檢測技術在焊縫斜探傷中的應用(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)21
8、第四章超聲相控陣的應用4.2超聲相控陣檢測技術在焊縫斜探傷中的應用(3)焊縫UTB型、C型和D型顯示22第四章超聲相控陣的應用4.3超聲相控陣檢測技術在海洋平臺結構環(huán)焊縫檢測中的應用（1）對海洋平臺結構特殊構件環(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)場射線防護措施，所以在工程中應用不是很方便；雖然海洋平臺結構的超聲檢測不需防護措施，但手工超聲探傷存在重復性和可靠性方面的問題。23第四章超
