相控陣超聲檢測系統(tǒng)主要由換能器陣列和控制單元組成，換能器陣元按照一定的規(guī)則進(jìn)行排列，具有獨(dú)立的收/發(fā)控制模塊，當(dāng)換能器處于發(fā)射狀態(tài)時，控制單元按照一定的延時規(guī)律控制換能器各陣元的發(fā)射延時時間，從而控制發(fā)射超聲波束的聚焦和指向，實現(xiàn)聲束在一定范圍內(nèi)的移動、偏轉(zhuǎn)和聚焦。換能器接收過程同樣遵守上述幾何聚焦延遲規(guī)律，與換能器的發(fā)射狀態(tài)是互逆過程。檢測中，聲束遵循一定的規(guī)律在介質(zhì)中進(jìn)行傳播，當(dāng)介質(zhì)中缺陷處聲阻抗發(fā)生變化時，會產(chǎn)生一定聲強(qiáng)的反射信號。

該點到達(dá)換能器陣列中各陣元的路徑不同，從而導(dǎo)致該點處產(chǎn)生的反射信號到達(dá)各陣元時間存在一定的差異。

各陣元按照設(shè)定的延遲量Δt對回波信號進(jìn)行延時求和，使來自缺陷的回波信號實現(xiàn)同相，達(dá)到增強(qiáng)的目的，實現(xiàn)接收聚焦，相控陣超聲檢測原理如圖3所示。

圖3 相控陣超聲檢測原理圖

在國內(nèi)，隨著相控陣超聲技術(shù)于90年代末的引入，近年來在相控陣超聲設(shè)備開發(fā)、技術(shù)應(yīng)用等方面取得了長足的發(fā)展。目前在航空航天、核工業(yè)、橋梁及國防等領(lǐng)域已有較多應(yīng)用案例：在航空航天領(lǐng)域文獻(xiàn)記載使用相控陣超聲動態(tài)聚焦方法對航空發(fā)動機(jī)粉末高溫合金圓盤件的微小缺陷（Ф0.4-14dB）取得了較好的檢測效果及較高的檢測效率，使用噴水耦合的相控陣C掃描技術(shù)，在滿足檢測要求前提下能快速檢測出飛機(jī)復(fù)合材料脫粘缺陷；核工業(yè)中使用相控陣超聲檢測超厚板異種鋼對接焊縫具有常規(guī)超聲無法達(dá)到的檢測效果；在橋梁制造中，使用相控陣超聲技術(shù)對大型橋梁鋼箱梁U肋角焊縫的熔透深度進(jìn)行測量取得成功；在國防領(lǐng)域應(yīng)用相控陣超聲技術(shù)進(jìn)行深潛器特殊位置焊縫的焊接質(zhì)量檢測，取得了理想的效果。

相對于相控陣超聲技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，目前國內(nèi)外相控陣超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)頒布實施，標(biāo)準(zhǔn)涉及儀器、探頭、試塊及檢測方法等諸多方面，目前主要標(biāo)準(zhǔn)見表1。美國ASME標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ卷A篇強(qiáng)制性附錄Ⅳ及Ⅴ中對焊縫手工相控陣超聲檢測及采用E掃描、S掃描檢測焊縫進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定；ASTM E2491及E2700等標(biāo)準(zhǔn)對相控陣技術(shù)的原理、工藝及性能評價等進(jìn)行了詳細(xì)敘述，并給出了相關(guān)應(yīng)用案例；GB/T 32563是國內(nèi)首部相控陣超聲檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對相控陣超聲檢測方法及工藝設(shè)計等進(jìn)行了較詳細(xì)的描述。

表1 相控陣超聲技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

作者：劉志毅（中國航空綜合技術(shù)研究所）

來源：航空工業(yè)綜合所