超聲波相控陣技術在特種設備無損檢測中的應用研究

高博

摘 要：為穩步提升特種設備檢測效能，促進現有無損檢測模式的健全與完善，文章嘗試以超聲波相控陣技術作為切入點，著眼技術原理，立足技術特性，采取有效舉措，實現特種設備無損檢測技術合理化應用。

關鍵詞：特種設備;無損檢測;超聲波;相控陣;技術應用

特種設備在使用過程中發生故障的機率較高?；谶@種設備使用特點，相關團隊轉換思路，整合技術資源，將超聲波相控陣技術納入到設備檢測體系之中，實現現有檢測技術能力穩步提升，滿足特種設備無損檢測要求。

1.超聲波相控陣技術原理

超聲波相控陣技術原理開展全方位梳理，有助于技術團隊全面掌握技術特性，為其在實踐領域中的應用奠定堅實基礎。

超聲相控陣技術體系成熟，經過20多年的發展，在醫學領域、設備檢測領域得到廣泛性應用。例如通過與計算技術、信息技術的聯合應用，超聲相控技術可以完成對核電站主泵隔熱板、核廢料罐電子樹環的無損檢測，極大提升了特種設備檢測的便捷程度。超聲相控陣技術思路與雷達電磁波相控陣技術類似，在輻射單元排列后，借助相關控制系統，對內置的陣列天線中輻射單元進行幅度和相位的微調，從而快速完成雷達波束的聚焦掃描，實現對相關細節信息精準捕捉。根據實際需求，超聲相控陣排布結構也存在一定的差異，現階段，往往采用一維線性陣列、二維矩形陣列、一維環形陣列三種形態，以確保雷達波束捕捉能力，確保檢測任務的順利完完成，具體排布如圖1所示：

與其他技術相比，超聲波相控技術穩定、可靠，具有較強實用性，并且對檢測對象不會造成損傷，檢測范圍較大，檢測速度較快，可以在較短的時間周期內，快速完成檢測任務，獲取檢測區域相關數據。同時所獲得檢測結果更為直觀，便于檢測人員判定議檢測對象基本狀態，在此基礎上，在采取組織人員開展設備維護管理?；谏鲜黾夹g優勢，超聲波相控技術逐步成為現階段特種設備無損檢測的重要方式。

2.超聲波相控陣技術在特種設備無損檢測中的重要方法

超聲波相控陣技術在特種設備無損檢測中的應用，要求技術團隊從實踐角度出發，基于超聲波相控陣技術原理，以科學性原則、實用性原則為框架，拓寬技術應用思路，創新技術應用方式，確保超聲波相控陣技術應用水平。

2.1超聲波相控陣技術探頭類型科學選擇

超聲波相控陣技術在應用環節，技術團隊需要做好探頭選用工作，確保探頭性能狀態達到使用預期。結合過往經驗，超聲波相控陣探頭可以從晶片陣列、頻率、規格等維度出發，選擇最佳探頭類型。根據過往經驗，在特種設備無損檢測環節，探頭晶片陣列方式往往以線性排布方式為主，在某些情況下，采取雙線性排布，以確保整個探頭超聲波發出、捕獲能力。探頭頻率對于檢測結果有著最為直接的影響，當探頭頻率較高時，檢測結果靈敏度較高，影像較為清晰，無損檢測結果分析難度較低[1]。但是當頻率參數過高時，衰減較為明顯，會對無損檢測結果分析造成干擾。這就要求在實際檢測過程中，應當靈活選擇探頭頻率。例如在碳鋼縫隙檢測環節，技術團隊可以選擇2.5MHz到5MHz的探頭頻率;對于不銹鋼材質的焊縫，技術團隊可以選擇1MHz到2.5MHz的探頭頻率，借助頻率科學選擇，確保無損檢測順利開展。對于探頭規格，要求技術團隊根據特種設備無損檢測基本情況，對探頭規格作出調整，對于規格較大的檢測對象，可以使用規格較大的探頭，對于規格較小的檢測對象，可以使用規格較小的探頭，對部分結構特殊的檢測對象，可以選擇規格較小的探頭，確保整個檢測的流暢性。

2.2超聲波相控陣技術聲束精準化模擬

超聲波相控陣技術在實現聲束精準化模擬環節，技術團隊可以使用Setup Builder軟件，借助程序自身的數據運算能力，有效模擬聲束，在處理過程中，可以將聲學信號轉化為可視化數據信息，從而精準定位差異化區域，實現超聲波相控陣無損檢測工作順利開展。與其他相關技術相比，超聲波相控陣技術依托系列軟件，可以消除干擾信號，增強波束傳輸能力，為后續信號傳輸等工作穩步開展提供技術支撐。

2.3超聲波相控陣技術掃查法合理化應用

超聲波相控陣技術需要合理運用掃查法，實現對特種設備檢測區域的全覆蓋，避免檢測技術運用不合理，影響最終技術應用成效。具體來看，技術人員可以選擇扇形掃查、線性掃查等多種方式，根據特種設備檢測要求，靈活選擇檢查方法。以扇形掃查為例，技術團隊在綜合評估特種設備檢測任務后，選擇以某個角度作為切入點開展全面掃查，快速完成聚集檢測任務，同時利用參數校準等輔助手段，獲得探頭掃查平面視圖，為后續無損檢查結果評估提供數據支撐。

2.4超聲波相控陣技術參數定向化設置

特種設備無損檢測環節，為確保超聲波相控陣技術應用成效，技術團隊需要認真做好技術參數定向優化與科學設置。具體來看，在探頭選型以及掃查法確定過程中，應當保證檢測波束可以覆蓋特種設備全部區域，例如需要確保波束應當覆蓋檢測區域外延6毫米。同時開展系列儀器設備參數校正工作，確保儀器設備始終處于良性運轉狀態，更好地服務于特種設備無損檢測系列工作，搭建完備的技術平臺。

3.超聲相控陣檢測案例分析

為持續增強超聲相控陣檢測方案實用性，推動其在設備無損檢測領域中合理化應用，技術團隊應當立足過往經驗，通過必要的案例分析，總結技術規律，推動超聲相控陣技術在實際檢測領域中的合理化應用。

3.1檢測對象分析

本次案例分析主要以焊縫缺陷檢測作為主要研究對象，通過論證超聲相控陣檢測對象的制備、檢測方案的設置，驗證超聲相控檢測技術應用成效，旨在通過數據對比分析，驗證超聲相控陣檢測技術優勢，理順技術應用思路，突出檢測重點，確保相關技術合理化應用。研究過程中，選擇20號鋼等作為試驗對象，試驗對象內部缺陷主要包括裂紋、氣孔、殘渣，檢測對象長度為800毫米，厚度為20毫米。

3.2構建檢測條件

在應用超聲相控陣檢測技術進行焊接縫缺陷檢測時，為消除檢測誤區，排除干擾因素影響，檢測人員需要綜合各方面因素考量，構建科學、完備的檢測條件，以確保相關檢測工作有序開展。由于超聲相控陣技術靈敏度較高，信息處理能力較強，檢測人員可以在較短時間內，快速評估檢測對象基本狀態。在這一過程中，檢測人員需要熟悉超聲相控探傷儀信號特征，根據信號特征，掌握檢測對象基本狀態。例如在A型顯示中，橫軸表示超聲波在檢測對象內部的傳播時間，縱軸保超聲波在檢測對象內部的波幅高度。在B型顯示中，主要根據A型掃描數據，結合積分電路推演出焊接縫內部缺陷的長度、寬度，計算缺陷橫截面積。在C型顯示中，將被檢測對象內部缺陷的焊縫進行水平投影。在D型顯示中，將被檢測內部缺陷的焊縫的縱向裂縫進行垂直投影。通過對四種型號波形數據的全面掌握，檢測人員可以快速判定故障缺陷分布位置、尺寸規格等基礎信息，為后續相關評估檢測工作開展提供數據支撐。實際操作環節，在進行C型顯示與D型顯示環節，檢測人員需要配備掃查架、編碼器等輔助設備，實現信息快速獲取。

3.3組織常規檢測

在檢測過程中，為確保整個研究活動的有效性，對于對接焊縫區域，檢測人員率先使用X射線進行檢測，作為現階段精準度較高的檢測手段，X射線檢測精準度較高，可以對焊接過程中形成的氣孔、殘渣、裂縫、未熔合等病害進行判定。為確保本次研究的有效，檢測對象，率先利用X射線對檢測對象進行檢測分析，將檢測結果作為驗證超聲波相控陣檢測重要依據。完成上述工作后，檢測人員使用相關檢測儀器設備，開展檢測工作，并實時記錄缺陷數據。相關檢測結果如表1所示：

從最終的檢測結果來看，相控陣檢測技術可以實現缺陷定量分析，檢測精度較高，操作難度較低，涉及檢測流程較少，符合現階段檢測工作開展要求。同時超聲相控陣檢測技術操作簡單，檢測人員可以在較短時間內，快速完成相關檢測工作。

3.4評估檢測數據

超聲波相控陣技術應用環節，同步獲取大量檢測數據，為提升檢測有效性，實現檢測數據高效應用，檢測人員應當做好檢測數據分析評估工作，通過數據的高效處置，全面反應檢測對象基本情況，確保整個超聲波相控陣檢測成效。超聲波相控陣技術應用過程中，會生產大量數據，需要檢測人員根據實際需要，開展定性與定量研究，通過數據發掘，剝離干擾因素，確定檢測對象潛在隱患，順利完成無損檢測任務。為確保檢測成效，確保檢測結果精準性，有必要從檢測技術原理出發，定向做好檢測樣本比較工作?；谶@種技術定位，在實際檢測環節，應當設定超聲波相控陣反應指數，預先框定超聲波相控陣檢測數據，從檢測結果來看，超聲波相控陣檢測技術對于缺陷故障的檢測能力較強，檢測結果較為直觀，同時檢測技術靈敏度較高，可以快速完成氣孔、未焊透、殘渣以及裂紋等缺陷評估。與常規超聲波檢測技術相比，超聲波相控陣檢測技術在軟件系統驅動下，可以快速調整探頭傾斜角度，根據以往經驗，探頭檢測過程中，傾斜范圍在30°到85°之間，探頭角度靈活，持續增強了檢測過程全面性，消除檢測盲區，實現了檢測工作的數字化。

結語

超聲波相控陣作為成熟高效的技術模式，充分滿足特種設備無損檢測基本要求，全面兼顧檢測精準度與檢測靈敏度。為持續發揮技術優勢，文章在厘清超聲波相控陣技術特性的前提下，采取有效舉措，健全完善超聲波相控陣技術應用體系，實現技術融入與管理銜接。

參考文獻：

[1]段軍志.超聲波相控陣技術在特種設備無損檢測中的應用研究[J].科學技術創新，2021（32）：11-13.