超聲相控陣綜合測試系統(tǒng)

不同廠家超聲相控陣設(shè)備的功能、操作及顯示方式等各不相同，但是檢測應(yīng)用基本相同。本文現(xiàn)以以色列Sonotron NDT 公司生產(chǎn)的相控陣設(shè)備(即ISONIC-UPA) 應(yīng)用為例來分析介紹。ISONIC-UPA 設(shè)備有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，不同于其他廠家的相控陣設(shè)備，體現(xiàn)了超前的理念。

1 角度補(bǔ)償

傳統(tǒng)工業(yè)相控陣定量方法不具有角度、聲程、晶片增益修正技術(shù)，多晶片探頭通過楔塊入射到工件內(nèi)部時(shí)存在入射點(diǎn)漂移現(xiàn)象和能量分布變化。采用單一入射點(diǎn)校準(zhǔn)方式與常規(guī)距離-波幅曲線修正，造成的扇形掃查區(qū)域中能量分布不均勻及測量誤差等問題未能有效解決，如圖7 所示。而ISONIC-UPA 相控陣設(shè)備具有角度補(bǔ)償功能，能有效地解決此類問題。

所謂角度補(bǔ)償就是針對不同的聚焦法則，輸入扇形掃查所需的角度范圍及入射角度的增量后，晶片可以分別進(jìn)行角度增益調(diào)整，也就是晶片角度增益修正。

有了角度增益補(bǔ)償設(shè)置功能，可以取代傳統(tǒng)的通過設(shè)置DAC曲線的方法來補(bǔ)償增益變化。在ASME Case2557 標(biāo)準(zhǔn)中明確指出進(jìn)行扇形掃描時(shí)要進(jìn)行角度增益補(bǔ)償。角度增益補(bǔ)償曲線如圖8所示，經(jīng)過角度補(bǔ)償后得到的等量化數(shù)據(jù)。

2 二次波顯示

傳統(tǒng)相控陣扇形掃查采用單純的聲程顯示，不能顯示缺陷的真實(shí)位置。這種成像模式將處在二次波位置上的缺陷轉(zhuǎn)換成一次波位置進(jìn)行成像顯示，給分辨缺陷的具體位置增加難度，不能直觀給出缺陷真實(shí)位置。對于檢測角焊縫、T 形焊縫、K形焊縫及Y 形焊縫無法顯示真實(shí)成像結(jié)果，使該成像模式的應(yīng)用受到限制，僅能用于檢測對接接頭。

而ISONIC-UPA 采用二次波檢測成像顯示模式，成像結(jié)果與真實(shí)幾何結(jié)構(gòu)一致。這種成像模式能直觀顯示缺陷的位置及被檢工件焊縫的真實(shí)結(jié)構(gòu)，這是聲程顯示成像模式無法比擬的。

1.1 動作原理

超聲相控陣是超聲探頭晶片的組合，由多個(gè)壓電晶片按一定的規(guī)律分布排列，然后逐次按預(yù)先規(guī)定的延遲時(shí)間激發(fā)各個(gè)晶片，所有晶片發(fā)射的超聲波形成一個(gè)整體波陣面，能有效地控制發(fā)射超聲束(波陣面)的形狀和方向，能實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。它為確定不連續(xù)性的形狀、大小和方向提供出比單個(gè)或多個(gè)探頭系統(tǒng)更大的能力。

超聲相控陣檢測技術(shù)使用不同形狀的多陣元換能器產(chǎn)生和接收超聲波束，通過控制換能器陣列中各陣元發(fā)射(或接收)脈沖的不同延遲時(shí)間，改變聲波到達(dá)(或來自)物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)和聲束方向的變化，從而實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。然后采用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)圖像成像。

通常使用的是一維線形陣列探頭，壓電晶片呈直線狀排列，聚焦聲場為片狀，能夠得到缺陷的二維圖像，在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。