摘要：超声相控阵检测方法更为灵活、高效，外界因素带来的影响较少，所获得检测结果能够实现直观保存，在工业检测领域得到了广泛应用。比如复杂焊缝、工业探伤、无损检测等都采用了超声相控阵扇形扫描技术，能够实时显示动态成像，使得检测结果更加直观，得到了高度重视。本文就围绕着超声相控阵的检测原理与关键检测技术展开研究，并结合超声相控阵扇形扫描范围与坡口入射角度，分析扇形扫描检测成像建模程序，以此为工业无损检测研究提供参考。 关键词：超声相控阵；扇形扫描检测；成像
超声相控阵具有较高的检测分辨率，应用原理是阵列换能器能够有效调节多种信号的相位延时与阵元发射，获得波束聚焦与波束偏转的相控效果，且更为高质、高清晰度的图像。随着现代机械技术的快速发展，超声相控阵检测成像技术也实现了创新发展，其中扇形扫描检测成像技术能够显著提高工业无损检测的效果与质量，使得成像分辨率得到有效提高，探头寿命相对较长，最终获得的高质量成像结果能够为工业生产提供可靠支持。
一、超声相控阵检测原理
超声相控阵检测技术的发展是在惠更斯原理、亥姆霍兹声压积分定理的基础上研究而来，其中超声相控阵换能器是检测中的重要组成元件，超声相控阵换能器的构成包括独立的压电晶片阵元，不同阵元之间保持着相对的独立性，可自主进行超声波波束的发射与接收。按照既有原则，激发部分阵元或全部阵元，在此过程中各阵元所发射出的声束会相互叠加，在叠加过程会出现不同形式的波阵面。在信号接收阶段，也可结合不同规则延迟，相应的处理不同的信号源，并形成相应的超声成像[1]。而在合成波束发射，且波束方向与阵元排列法线一致，此种方式较为同相激励。如果能够控制超声阵元的激励时间，就可在角度范围内实现扇形扫描。而通过控制激励时间来调整波束变化方向的扫描就是相控阵扫描。
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二、超声相控阵检测关键技术
（一）相控声束聚焦
四合扣要想实现相控声束聚焦，首先需要激励超声相控阵换能器两边的阵元，而后沿着换能器阵列的中心方向，通过适当的增加时间延迟激励其他阵元，使其能够形成指向某曲率中心的波阵面。通过调节对延时间间隔，能够有效调整聚焦的相应长度。结合相控发射聚焦原理
烟焦油可以确定，在发射聚焦时，在特定的时间延迟顺序下，能够激励相应的阵元，在时间延迟规律的支持下，各阵元能够依次发射超声波，使得媒质内部能够形成相应的波阵面，而后在相应区域内使其相互抵消，或者可相互叠加。
（二）相控声束偏转
要想实现相控声束偏转，波阵面就需要在规定的角度下实现倾斜。也就是说，要让各个阵元中发射出的相应声波与换能器之间可构成同一平面，此平面需要维持一定角度，确保声波能够与换能器之间处于同一相位[2]。因此，在逐步增加延迟时间时，需要采取由左至右的间隔进行，从而有效激励换能器的各个阵元，并想成具有相应倾斜角度的波阵面，使得声束方向得以偏转。可见，通过适当调整对延时间间隔，有效改变声束方向角度。
（三）超声相控阵聚焦偏移转延迟时间
超声相控阵应用系统能够有效实现波束偏转与聚焦的相控效果，从而获得更为清晰的图像。同时也能够控制换能器阵列的阵元信号发射与接收的相位延迟，调整合成的相应波阵面曲率与指向，使其发生的相关改变。相位延迟属于相控阵技术的核心，也是实现波束的kawd-445
偏转与聚焦的基础条件。在调节与控制较为延迟时，可通过调节时间延迟来实现。超声相控阵系统时间延迟的控制精度，直接影响着系统相位的控制精度。因此合成波束的相控效果会直接受到时间延迟控制精度带来影响。超声相控阵系统的应用能够精确控制各种信号的延迟时间，也能够充分促进超声相控阵中各信号的发射与接收，使得系统的利用率与质量得到全面提升。在开展超声相控阵检测时，常见的声束控制方法包括三种，分别为声束聚焦、声束偏转、声束聚焦偏转组合控制。
三、超声相控阵扇形扫描范围与坡口入射角度
手动探伤扇形扫描的声束覆盖范围存在限制，这主要是UT规程需要按照实际焊缝类型，选择光栅式扫描法。对于扇形扫查而言，就要确定声束的实际覆盖范围，一次扇扫能够对薄壁焊缝进行全面扫描，可对整个焊缝断面加以覆盖；如果需要扫描厚壁焊缝，就需要连续进行多次扇扫，或者可将阵列换能器调整为单道扇扫，但厚度不可过大[3]。在扇扫过程中也要控制好角度，声束入射角需要尽量接近垂直于声束入射角，或者符合扇扫的要求。研究认为，声束入射角与焊接坡口面的法线角度偏离范围应在5°以内，这也就表明二者越为接近。如果入射角偏离坡口面法线在10°以内时，信号幅度也会随之降低，未达到扫描共识。
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电子标签生产设备常用的单晶探头一般为45°、60°、70°，角度范围固定。如果焊接坡口角度为3.5°，则难以保障偏差范围在5°以内，所以扇扫结果可能与实际不一致。在图形设计软件的支持下，能够将焊缝坡口形状尺寸展示出来，结合坡口面声束入射角可完成建模。
四、相控阵建模程序
针对较为常见的焊缝厚度与实际形状，可通过计算机建模确定声束的实际声束的覆盖范围，判断检测缝是否被完全覆盖。使用相控阵检测建模程序，能够准确计算坡口面的入射角度，使得扇扫呈现出声束覆盖范围能够清晰呈现出来[4]。建模程序的应用也能够满足扫查角度的各项要求，所使用的编程软件来源于标准相控超声仪。对接焊缝、T型焊缝、K型焊缝是最为常见的三种焊缝类型，在换能器阵列的支持下，能够实现对检测过程的优化，且操作也十分便捷。软件操作选用工业阵列与梭块，将探头放至于焊接件上，能够获得声速扫查图。来回调动探头能够保障设置最优化，获得更为精准的检测报告。在多阵列扫查的支持下，则可完成建模，显示出焊缝的实际情况，获得标准内的覆盖范围，实现检测的最终目的。
结束语：
综上所述，超声检测具有伤害小，穿透力强，灵敏度高的应用优势，而超声相控阵检测属于新型的无损检测技术，准确率得到了提升，融合扇形扫描检测，更有效提高了检测质量与清晰度，为工业无损检测提供了可靠支持。
参考文献：
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[2]姜学平,李传玉,孙磊,余新海,余世宏,朱琪,杨训.T形焊接接头相控阵超声检测方法研究[J].建筑施工,2021,43(4):721-723+727.
[3]张耀元,王锐,姜瑞韬,杜坤阳,李远洋.硅基光学相控阵扇形天线优化设计[J].红外与激光工程,2021,50(7):257-264.
[4]田国良,侯金刚,蔚道祥,刘恩凯.相控阵超声检测扇形扫描的两种成像方式比较[J].无损检测,2019,41(12):57-60.
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