相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)

文件编号：TP-AR-L2243

In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.

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相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索(正式版)

相控阵超声新技术在电站设备无损

检测中的实践思路探索(正式版)

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超声相控阵检测技术20世纪60年代就已经出

现，被应用于医疗领域。但是由于固体中波动传播复

杂性、系统复杂性和成本费用高等因素存在，限制了

超声相控阵检测技术在无损检测中的运用。而电子技

术和计算机技术以及压电复合材料等高新技术被广泛

综合应用，促进了超声相控阵技术发展，并且渐渐应

用到工业无损检测中。

现代技术飞速发展，带动了很多高新技术在超声

相控阵技术中被综合应用，从而降低了相控阵系统复

杂性与制作费用[1]

。而且相控阵技术具有比传统超声波检测更加明显的优势，使得超声相控阵检测技术被广泛应用于工业无损检测领域，并且日渐得到人们重视，迎来了很大的发展空间。

超声相控阵检测技术

超声相控阵检测技术建立在惠更斯原理上，其探头由许多个晶片组成。要应用时，则需要按照相关规则以及时序激活探头中一组或全部晶片，其中相控阵仪器的控制能力与检测需要决定着晶片激活数量。晶片被激活后，发出的超声波即为次波。每一个晶片的次波会彼此干涉，形成新波阵面并传播开来，从而形成超声波束检测工件。

无损检测技术

无损检测就是在不损坏被检测设备的基础上，根据物理特性将被检对象的内外部缺陷的位置、形状、

大小以及扩展趋势的一种现代化检测技术。以往，无损检测的应用具有宏观不连续性，几乎只是对使用过一段时间的结构件进行检测。而后来的事实证明，无损检测适合应用在材料生产以及应用的所有过程中，可以被广泛推广。而常用的无损检测方法存在5种，即为射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测和超声检测。

超声相控阵无损检测技术基本原理与特点

相控阵超声无损检测与传统超声无损检测技术不同，其基本原理为相位控制，包括发射和接收两个部分。其中发射部分是指可将电子技术应用在阵元的发射相位与超声强度的调整方面，使得声束发生偏转与聚焦。可根据相关要求对焦点位置与聚焦方向进行动态自由调节，也就是将每个阵元中发射信号的相位进行调整，使得每个阵元在到达焦点时，其声束相位相

同，实现相控聚焦。

基于互易定理的相控阵接收时，回波到达每个阵元会存在相应时间差，而相控阵则会按照其时间差对各个阵元接收的信号实行延时补偿。然后再将声束合成，使得待定位置上的回波信号叠加起来，达到增强的作用。至于其他方向的回波信号会被减弱或者抵消。

各个阵元的相位和幅度控制以及声束的形成使得相控阵出现聚焦和变迹等多种效果，其检测技术最大的特点就是声束角度可控以及动态聚焦。

超声相控阵技术优势

与传统超声检测技术相比，超声相控阵技术更具灵活性，检测速度也较快，能够检测一些复杂结构件和盲区位置的缺陷。超声相控阵技术并不需要更换探头，其探头尺寸也更小，可以对聚焦长度和聚焦尺寸

以及声束方向进行优化控制，其分辨力和信噪比以及缺陷检出率作用十分显著。另外，超声相控阵技术可以通过控制局部晶片单元组合的声场，进行电子高速扫描，同时对试件高速、多方位以及多角度检测。超声相控阵技术的检测结果非常直观，可以实时显示出来。如果在扫查的过程中同时进行分析与评判，则可以对其进行打印以及存盘，将检测的结果永久保存下来。

超声相控阵检测技术在电站设备无损检测中的运用案例

超声相控阵检测技术在电站设备无损检测中被广泛应用，下面以电站锅炉无损检测新技术为例对其进行探讨。

电站锅炉是现代化发展过程中供电所必须的设备，随着科学技术的日益提高，不少检测技术被广泛

应用于电站锅炉的安全运行保障中。其中无损检测技术应用很广泛，新型无损检测技术以及仪器的日渐普及成为了该技术更加广泛被应用的催化剂。

电站锅炉机组系统比较复杂，是综合性比较强的承压设备。而该设备存在着很多方面的限制使得系统无法正常运行，比如高温、腐蚀和高压，让设备状态很不稳定，存在着泄露或者爆炸等不安全隐患。要维持设备正常运行，就要对该设备的各方面工作进行对应调整，包括设计、制造、施工、安装和检查等。因此可以为该设备营造出一个安全稳定的允许环境，充分发挥了无损检测技术的作用。

应用超声相控阵检测技术进行检测时，可以使得超声波束在设备某一位置处检测出不同几何形状，还可以使得其他相控阵探头取代不同角度普通探头。在早期时，由于相控阵的系统结构形式比较复杂，而且

使用成本高，消耗多，限制了其在无损检测中的应用。而随着科学技术的发展，超声相控阵检测技术不但越发成熟，而且渐渐被广泛应用于工业无损检测之中。相控阵检测技术就经常应用于汽轮机叶片根部和涡轮圆盘的检测以及火车轮轴检测等等。

应用于锅炉检测的相控阵检测技术则比较少见，然而该技术对于电站锅炉的主要结构装置却具有重要检测效果。根据电站锅炉的相关检测标准，要明确判定其内部是否存在裂纹，应该采用超声波对过热器和再热器出口箱等引入管孔桥部位进行探伤检查。但也因为在引入之后的过热器管和再热器管相对比较集中，在常规超声波检测方法下，很难进行锯齿状移动，以致于检测技术控制运用的效果发挥不出来，为普通超声波检测操作带来了困难。

在运用相控阵技术的过程中，结合软件可以不断