什么是相控阵超声测试(PAUT)及其工作原理?

 新闻资讯     |      2021-03-12 17:09    文章来源: www.nb-yunsheng.com

相控阵超声测试(PAUT),也称为相控阵UT,是一种先进的无损检测技术,它使用一组由许多小元素组成的超声测试(UT)探头。这些中的每一个都以计算机计算的时序分别进行脉冲化,以创建该过程的阶段性方面,而该阵列是指组成一个PAUT系统的多个元素。

来自相控阵探头的光束可以聚焦并以电子方式扫过检查件,而无需移动探头本身。这不同于单元素探针(也称为单片探针)。这些更常规的探针需要进行物理移动或旋转以覆盖更大的区域,而PAUT并不需要。

相控阵超声测试是基于波物理学原理的,其在光学和电磁天线等领域也有应用。

相控阵如何工作?

如上所述,相控阵超声测试探头由几个在不同时间独立发送/接收的压电晶体组成。超声波束使用时间延迟聚焦,该时间延迟施加到元素上,从而在波前产生相长干涉。这种干扰使能量可以集中在试样的任何深度和角度。

每个元素在指定的时间辐射一个球面波,从而产生会聚并发散的波,从而在指定的位置处产生几乎平坦的波前。更改渐进式时间延迟可以使光束进行电子转向,并像探照灯一样扫过测试材料。将多束光束放在一起时,会创建一个可视图像,该图像显示穿过测试对象的切片。

PAUT系统可以使用不同的技术。

总聚焦方式(TFM)

该方法涉及在定义的感兴趣区域上应用基本相控阵聚焦原理。将检查区域分割为位置或像素的网格,并将波束成形应用于网格中的每个像素。

电子扫描

电子扫描再现了通过手动移动标准UT探针执行的检查。超声波束会在整个探头上进行电子平移,从而可以在限制机械位移的同时加快检查速度。该技术可以用S或L波执行,并且可以与光束聚焦和光束控制相结合。

部门扫描

扇区扫描使用电子延迟定律以电子方式更改定义扇区中的超声波束角度。这意味着只需要一个换能器就可以检查不同角度下的组件,并且比标准成角度的光束UT快得多,可以实时显示样品的横截面并便于解释。该技术可以与电子聚焦结合使用,并用于L波和S波。

好处

相控阵优于常规超声探头的优点包括可移植性,便利性,检查速度和安全性的提高。相控阵比常规的单元素探头更坚固,更易于使用,可提供更高的效率,一次捕获数百个信号并减少错误警报的数量。当与仿真一起使用时,可以优化PAUT检查策略以改善探伤能力,同时还大大改善了数据记录和可追溯性。

相控阵超声测试可提供永久记录,不会产生辐射,可用于多种应用。因为PAUT可以检测焊缝表面和焊缝中的缺陷(无死区),所以它还可以提供有关缺陷的横向位置(深度和高度)的信息。

相控阵超声测试的主要优点包括:

简化检查和解释

相控阵探头可以代替几种常规的超声探头,从而使复杂的过程变得更简单,并且无需设置和校准多个探头。这也允许简化的功能,包括实时成像。

增加缺陷检测

由于使用探针控制光束的方向和形状,因此可以以不同的角度扫描表面。这样可以增加缺陷检测以及复杂几何形状检查的覆盖范围。PAUT还可以有效地确定材料的厚度,这对于超声确定试件的腐蚀或侵蚀非常有用。

更快的检查速度

通过使用电子扫描触发阵列中连续的元素组,PAUT减少了对机械扫描的需求,并减少了检查时间。相控阵允许用户改变超声波束的形状和焦点以优化每次检查,因此与常规探头相比,检查速度也得到了提高。这意味着无需为每个唯一的测试进行手动设置和重新配置。另外,动态深度聚焦允许在与使用常规探头完成单个深度测量所需的时间量相同的时间内对多个深度进行测量。此外,由于可以即时接收数字反馈,因此可以更快地完成缺陷识别和焊接质量评估。

更可靠的结果

减少或消除机械扫描不仅可以缩短检查时间,而且还可以消除耦合变化或耦合损失,从而增加测量的可靠性,而这在每次移动探头时都是有风险的。这也意味着相控阵探针可提供具有出色重复性的测试结果。

缺点

虽然PAUT具有许多优点,但也需要考虑一些缺点。

这些包括:

适用性

尽管PAUT可以发光,但它并不是检测表面裂纹,金属疲劳或螺栓孔和油管检查的首选测试方法。在这些情况下,通常首选涡流测试,而PAUT可有效地进行腐蚀检测以及复合材料和较厚焊缝的检查。另外,在使用S型扫描时,入射角并不总是最佳的。

复杂

PAUT设备比常规超声测试设备先进,具有多种数据优化功能,应由受过培训的专业人员使用该设备,以消除测试不准确的风险,并充分利用PAUT的优势。

成本

与传统的超声测试系统相比,PAUT设备的成本也往往更高。这归功于PAUT系统提供的高级功能,尽管这些功能可以导致更快,更准确和更有效的检查,最终可以降低总拥有成本。

应用领域

相控阵可以完成常规超声所能完成的任何工作,并被广泛用于各种检查和测量应用,包括医学成像和工业无损检测(NDT)。

PAUT还非常适合非侵入性材料检查,发现焊缝缺陷和评估铆钉的质量,还可以检测出由腐蚀引起的裂缝,空隙和凹坑。该技术可以测量材料和涂层的厚度,检测材料特性的变化,并检查接合处和界面,包括粘合剂映射。

作为一种先进的无损检测方法,它可用于检测不连续性以确定组件质量,使其非常适合:焊接检查,厚度测量,腐蚀检查,PAUT验证/演示块,机车车轮和车轴的检查,PAUT和TOFD标准校准块,压力容器等。

这种应用范围意味着相控阵被广泛用于建筑,管道和发电等多个工业领域。