讲座--超声相控阵&TOFD技术.pdf

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1、超声相控阵&TOFD技术在无损检测领域的应用概要©相控阵技术©TOFD技术©相控阵&TOFD技术与传统NDT技术对比©相控阵&TOFD技术的应用现状超声相控阵技术应用©超声相控阵技术背景©超声相控阵工作原理©超声相控阵在无损检测中的应用©超声相控阵技术的优点超声相控阵技术背景©超声相控阵技术最早应用于军用雷达。©现在医院里采用的B超也是基于相控阵技术。©加拿大OlympusNDT公司（即以前的R/DTech）最早将相控阵技术引入到工业无损检测领域。©目前在世界范围内有超过1000台超声相控阵系统正应用于不同无

2、损检测领域，包括电厂、石化、船舶、航空航天、工业在线、锅炉压力容器、长输管线等。超声相控阵定义©通过软件可以单独控制相控阵探头中每个晶片的激发时间，从而控制产生波束的角度、聚焦位置和焦点尺寸。相控阵探头类型线形阵1维线形阵2维矩形阵相控阵探头类型•圆形阵–1维环形阵–2维扇形阵相控阵探头设计参数©相控阵探头晶片由复合材料制成，比常规压电陶瓷材料探头的信噪比高10-30dB。©将复合材料用机械方法切割成若干个小晶片，每个晶片都可以单独激发。相控阵扫查类型•线形扫查：阵列中每组晶片都使用相同的聚焦法则。•扇形扫查

3、：使用同一组晶片，但聚焦法则不同。•动态深度聚焦：通过硬件随时改变接收晶片的聚焦法则实现的。波束形成•每一个晶片的激发时间可以单独控制，产生的球面波在传播过程中波前相互叠加。如果所有晶片的激发时间都相同，形成的波阵面为纵波。电子扫查©探头不作任何机械移动，而波束沿晶片阵列方向作电子扫查。©通过对激活晶片组进行多路延时，使波束产生移动。©扫查宽度局限于:–阵列中晶片的数量–采集系统支持的通道数量波束偏转Directionofenergy•波束偏转是通过软件控制每一个晶片激发的延时使波阵面沿特定角度传播来实现的。

4、波束聚焦Focussedtocrossatthispoint•波束聚焦是通过软件控制每一个晶片的触发时间使波前在指定的位置进行叠加实现的。焦点尺寸取决于所用晶片的大小和数量。相控阵脉冲发射/接收相控阵三维视图VC-TOP(C)IndexaxisIndexaxisVIEWScanaxisUsoundaxisScanaxisScanaxisVC-END(D)IndexaxisVIEWUsoundaxisVC-SIDE(B)VIEW超声相控阵技术典型应用焊缝检测-线性扫查焊缝检测-扇形扫查全自动超声相控阵焊缝检测T

5、型焊缝扫查厚壁压力容器焊缝检测法兰盘腐蚀检测插管焊缝检测螺栓检测涡轮燕尾槽/转子检测螺纹检测完好工件有缺陷工件异种金属粗晶材料焊缝检测TRLPA探头腐蚀检测动态深度聚焦厚壁工件检测MechanicalDisplacementFOCUSDEPTH(PULSER)DYNAMICFOCUSING(RECEIVER)Beamdisplacementc=velocityinmaterial非DDFDDF超声相控阵技术优势©实时彩色成像，包括A/B/C/D和S-扫描，便于缺陷判读；©相控阵技术可以实现线性扫查、扇形扫查和

6、动态深度聚焦，从而同时具备宽波束和多焦点的特性，因此检测速度可以更快；©相控阵具有更高的检测灵活性，可以实现其它常规检测技术所不能实现的功能，如对复杂工件的检测；©容易检出各种走向、不同位置的缺陷，缺陷检出率高，定量、定位精度高；©扫查装置简单，便于操作和维护；©检测结果受人为因素影响小，数据便于存储，管理和调用。TOFD技术应用©TOFD技术背景©TOFD工作原理©TOFD在焊缝检测中的应用©TOFD技术优缺点TOFD技术背景©衍射时差技术首先应用上世纪60年代的英国核工业领域，作为一种精确的缺陷定量定位技

7、术很快广泛应用于其它无损检测领域，如石化、锅炉压力容器、电力、长输管线等。©目前，TOFD技术已经得到ASTME2373-04，ASMEVIIICode2235，CENENV583-6(2000)，BS7706(1993)等标准的认可。©国内于2001年首先成功引入TOFD技术，用于国家重点工程-西气东输项目。TOFD定义©TOFD-超声波衍射时差法：TOFD采用一发一收两个探头产生非聚焦的纵波，从待检工件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量，用于缺陷的检测、定量和定位。衍射现象入射波

8、衍射波缺陷反射波•基于惠更斯原理•衍射波向各个方向传播•衍射能量低衍射波•衍射方向不取决于入射角TOFD典型配置发射探头接收探头直通波上端点下端点内壁反射信号TOFD灰度图显示为了便于缺陷判读，通常TOFD采用灰度图显示TOFD深度计算公式2222•()S+d⎛c⎞22h=d−dt=+2•t0d=⎜⎟•()t−2t0−S21c⎝2⎠TOFD数据显示A扫缺陷反射波表面波TOFD典型成像直通波底面回波波