特种设备无损检测中超声波相控阵技术应用

特种设备无损检测中超声波相控阵技术应用

王占鹏

国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司

摘要：超声波相控检测技术作为一种全新的无损检测技术，将其应用到特种设备检测的阶段中，能够提高检测效率，因此文章结合实际，在分析该技术理念的同时，对技术的应用要点进行探讨。

关键词：特种设备；无损检测；超声波；相控阵技术

1技术理念

通过一系列检测工作可以分析得知:超声波相控阵法的运用特点一般都表现在波束环节，包含转换的角度以及中线点位置的聚集两方面。在检测的过程中，主要是利用系统设备进行无损检测，能够了解被检测结果状态。

2特种设施性能测试中超声波相控阵技术应用

2.1探头选择

2.1.1晶片阵列

所用到的晶片排列有很多种方式。目前在特殊设施性能的检测环节，晶片阵型运用最多的便是线性。通过一系列的检测工作，运用双线性的种类，符合设备的检测基本要求。

2.1.2频率

最终检测的结果将会直接被设备操作频率的数值所影响，如果数值比较大，同样检测报告的灵活性以及展示影像的清晰度都会很高，从而便于后续的检测研究工作。但是，当频率的数值变大时，所相关的衰退功效也会随之变高，进而影响检测工作的顺利进行。通常来说，假如特种设施在进行监测时，将碳钢等材料作为检测指引方向，合适的概率数值范围在[2.5，5]MHz。对于焊接表面比较薄的问题，检测频率数值可以调整到7.5MHz。针对不锈钢质量的焊缝，检测探头概率数值范围可以调节到[1，2.5]MHz。假如设备操作的频率数值比较高，会造成一系列的衰减现象，减少信号防干扰的检测能力，更有甚者会损坏检测环节的成效，没有办法顺利进行检测流程。

2.1.3规格

对于形状比较大的探头设备，通常包括的晶片数量也很多，亦或是单独几个晶片的形状很大，可以通过聚焦经验，来激发探头的作用，从而获得不同性能下的波束，利用检查扫视工作波束可以掩盖用来检测的整体部分以及分散区域，可以运用在壁厚值比较大的范围内。但是，对于一些形状比较小的部件，扫查工作会受到影响，范围也不具备原则性，这时便须得使用小范围的探头来进行操作。

2.2声束模拟

针对特种设备的检测工作而言，具体方向需要以焊缝为中心，主要包含焊缝的具体位置、周围的状况、热作用的影响力等。为了确保超声波相控方式的运用成效显著，在波束成功散发以后，需要保障其完全掩盖检测范围，采用生束模拟的方法，来获取波束的扩散特征，借此来完成检测的具体目标。SetupBuilder软件，属于现阶段运用模拟声束的最佳系统，这一软件将声学的各项公式来作为理论依据，对于信号的转换设施，通过环境的差异性、技术基础上，来计算波束，可以给检测工作提供具体数值信息，体现该软件声束的优点之处，对于改善波束信号干扰的情况，以及提高波束的传送能力等环节都有很大的发挥空间。

2.3扫查法

2.3.1扇形扫查

扇形扫查技能，是指使用探头确立检测的深度，使用具有同种作用的晶片，将其中一个位置作为导入点来开始扫查工作。在这一检测工作进行时，选择其中一组阵元，对此进行聚焦检测操作，通过不断调节波束的方位，来获取最新的扇形扫查区域。这一方式，可以运用在所有外形特点、检测环境有差异的设施。这一检测方式通过参数核对法，可以获得每一个种类的晶片扫查平面图。

2.3.2线性扫查

线性扫查是指调节所有阵元相结合的波束传送位置，使得都位于整体一致的现状，通过同一个聚焦观念，相控阵中使用的探头可以使得其中一组阵元被激活，从而给出反应。具体操作环节是：如果超声波相控阵中，包括的阵元有n个，可以采用邻近阵元的排列方法，排列成的阵元数值在1与n之间；采用之前制定结束的聚焦方法，激活一组阵元，进行相控阵探头的工作时，顺着设定方向来调节阵元的具体位置，调节的距离设定为一个单位步长；采用同样的调节方式，来激活第二组的阵元，一直到探头处理结束。线性扫查具备效率高、扫查准确等优点，被大量运用在工业以及其他大范围项目操作中。

2.3.3动态深层扫查

动态扫查指的是运用声音的深度因素来达到点位聚焦的目的，通过动态晶片的掌控方法，来形成影像聚焦，进而在声音表面的各个区域组成动态聚焦。这一检测技术无损害，经常被运用于较轻便的项目实施中。

2.4参数设定

超声波相控法运用在实际检测工作中，必须要考虑到很多方面的原因，例如扫查的种类、晶片分配的位置和数量、探头的位置、波束规格以及聚焦范围。这些原因都会影响到检测的最终结果。所以，数据的制定观念有以下几点:首先，确保波束可以完整覆盖在被检测对象的区域内，比如表面区、内部热效应干扰区、周围6mm区域内。然后，在核对结束设备的相关数据过程中，需要认证设备。最后，满足检测环节的基本要求。

设立参数的方式:第一，需要选择扫查种类。针对特殊设施的焊缝检查操作，在检测时基本会使用到扇形扫查法。但是，如果遇到特殊情况，会检查到有一些位置出现质量安全的问题，可以使用线性扫查法来进行协助检测。假如在坡口处没有结束熔合操作流程，会发生质量问题，这时便需要采用线性扫查的方式，进行检测时需要确保波束和坡口互相垂直，这样才有更精准的检测结果。第二，选用波束的种类。进行焊缝的检测操作时，一般使用横波波束的扫查方法，通过反射来获得最终结果。对于不锈钢材料的焊缝，横波波束检测会显示出功能衰退、信号阻碍等情况，这时波束的种类需要改变为纵向波的输送方法，可以获取更为完整、准确的检测效果。第三，波束角度问题。波束改变角度的选择区域，在选择时需要整体考虑楔块、焊缝等具体形状以及规格特点。选择合适的倾斜角度范围，按照供应商提供的推荐数值来进行，选用范围区间跨度大的波束，保证检测范围内辐射的合理性。对于外壁数据比较高的焊缝，波束需要取最大的数值范围，假如没有办法辐射到全部，就必须要提升波束的数量。第四，探头转换角度。探头在发生偏转时，通常体现为检测整体和探头的相隔距离长短。如果焊缝还有多余的高度，必须要确保探头移动角度的富余，预防探头前端处于焊缝多余高度的表面，保证融合结束。一般来说，在确保检测范围没有存在盲区的问题下，调节探头的移动区域就可，也可以在探头的中心区域激活晶片。第五，晶片激活数量。假如需要激活的晶片数量增多，晶片的规模会相对来说增加，同时会影响辐射超声波产生的能量值，远程检测的工作质量需要加强，聚焦的区域会更大，进而提高检测的高效率。但是，晶片激活的个数增多，也会相应提高对于相控阵的检测作用。实地检测普通材料，可以激活16个晶片。假如材料的外壁比较厚，声波的衰退能力逐渐提高，这时便需要配备更多的晶片。第六，对于普通的超声波体现出偏差，超声波相控法在进行实地检测时，可以调节波束的动态聚焦情况。从而体现出的优点有:灵敏性高、影像获取水平高、能量大。所以，需要增强聚焦的区域范围。对于规模不是很大的焊缝，在选择聚焦范围时，可以设立在中心点位置上。可以保证焊缝操作范围划分明确，进而更加明确的检测各类波束的聚焦范围。

3 结语

  超声相控阵检测技术作为特种设备检测中常用的一项技术方法，该技术在检测的阶段中在不破坏被检测物结构的基础上就能更掌握相关的参数，从而对各项工作的开展奠定良好基础。因此在往后工作开展中需要做好技术方案的确定并且做好相关工作方法的管理流程，才能够提高检测的效率。

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