自动超声相控阵技术在海洋敷管环焊缝检测中的应用.pdfVIP

维普资讯 焊管 ·第29卷第5期 ·2006年9月 自动超声相控阵技术 在海洋敷管环焊缝检测中的应用 李云龙，余国民，张鸿博，丁小军，常永刚 (中国石油天然气集团公司管材研究所 ，西安 710065) 摘 要：简述了自动超声相控阵检测技术的发展、基本原理、特点及换能器分类等。将相控阵 同衍射波时差法TOFD(TimeofFlightDiffraction)、数字信号处理以及A，B，C，D型扫描和成像 等技术结合起来，分析了其在海洋敷管环焊缝检测中的应用效果，在检测精度、检测速度、减少 环境辐射污染、降低劳动强度等方面比其它检测方法有着明显的优势，具有 良好的发展前景。 关键词：环焊缝检测；相控阵；动态聚焦；换能器；TOFD技术 中图分类号：TG115．285 文献标识码：B 文章编号：1001—3938(2006)05—0040—05 0 引 言 之为断裂力学原理)的基础上，以电子扫查 +机 械扫查相结合，通过控制换能器阵列中各阵元的 自动超声相控阵检测技术起源于雷达 电磁波 激励(或接收)脉冲的时问延迟，改变由各阵元发 相控阵技术，医学上的B超技术是最先采用超声 射 (或接收)声波达到(或来 自)物体 内某点时的 相控阵技术的。近年来随着科技的迅猛发展，许 相位关系，实现动态聚焦和声柬相位变化，完成声 多相关技术，如压电复合材料、纳秒级脉冲信号控 波成像技术。自动超声相控阵阵元的延迟时间可 制、数据处理与分析 、计算机软件技术等在超声波 动态改变，焦点可快速偏转，对试件可实现二维成 相控阵检测技术中得到综合运用。从20世纪90 像 ，因此，自动超声相控阵主要利用它的声束角度 年代初期起，欧美一些发达国家就开始了自动超 可控和动态聚焦两大特点。 声相控阵检测技术的研究，最具代表性的国外公 1．2 换能器 司有荷兰的RTD公司、加拿大的R／DTech公司、 相控阵探头是由阵列式超声换能器和楔块组 德国的KK公司等，自动超声相控阵检测技术现 成的，其中的每个阵元都是从一个单一的压电晶 在国际上已广泛地应用于工业领域。国内在超声 片上切割或蚀刻得到的。自动超声相控阵检测技 相控阵检测技术方面起步比较晚，但同时也做了 术需要使用不同形状的多阵元换能器来满足试件 大量的研究工作，目前超声相控阵检测技术已广 检验的要求。换能器的设计基于惠更斯原理，把 泛应用于锅炉压力容器，海洋工程、石油化工工程 若干个独立的压电晶片按照一定的组合方式排列 等领域。笔者简要介绍超声相控阵检测技术的原 成一个阵列 ，每个晶片都可看作是一个普通的超 理，并结合实例详细分析超声相控阵检测技术在 声探头(一个阵元)，当阵元以同一频率的信号进 海洋敷管环焊缝检测中的应用。 ‘ 行激励时，被激发的阵元都可产生一个垂直晶阵 面的超声波束。当所有晶片被激发后，通过控制 1 自动超声相控阵检测技术 压电晶片的激励顺序和信号延迟，达到对声束方 向、聚焦位置与大小声场特性控制的目的。超声 1．1 自动超声相控阵基本原理与特点 相控阵阵列按其阵元排列形式主要有4类(如图 自动超声相控阵检测技术是建立在工程临界 1所示)：线性阵列、面形阵列、环形阵列、圆形阵 分析ECA(EngineeringCriticalAssessment，有人称 列，其中线性阵列应用最广泛。