应用前景不明的商品相控阵扫描成像技术及局限性分析

国内在20世纪90年代后期即开始引进商品相控阵扫查成像系统，但迄今未见有生产中具体应用的报道。

莫瑕琳在其《超声环形相控阵换能器在锻件探伤中的应用》一文中，介绍了环形相控阵超声波系统在锻件无损检测的应用。其检测系统采用R/DTECH公司开发的Focus32/128DDF相控阵检测系统。其配套的换能器为10A16E32环形相控阵换能器。换能器频率为10MHz，由1个中央晶片和15个环形阵列组成。晶片由压电复合材料制成，中央晶片直径为ϕ9.6mm，环形晶片最大直径为ϕ32mm。中央晶片的焦距固定，为76.2mm，用于探测块状类工件（如钛合金的高温合金环、饼坯与压气机盘等）距上表面深度＜15mm的缺陷，上盲区为1.5mm。15个环形晶片能实施动态深度聚焦，可设置多个聚焦法则，使声束在不同深度沿换能器中心轴线动态聚焦，用以扫查深度＞15mm的缺陷。

被检工件为厚100mm，直径为446mm的饼坯锻件。锻件中心有直径为192mm通孔，其上、下面有直径为404mm，深度各为25mm与20mm的不通孔。锻件的加工余量为上、下端面2mm，上、下端面车光，表面粗糙度Ra为1.6μm，验收标准为当量直径1.2mm平底孔。

检测时，设置两个通道：①深度聚焦，用一个中央晶片检测饼坯上表面深度＜15mm区域，上盲域为1.5mm；②动态深度聚焦，在不同深度设置一次聚焦法则，使声束在扫查不同深度时总是处在焦柱区内。该工件每隔30mm深度设置一次聚焦法则，设置的相邻覆盖区为10mm，要检测厚度为100mm的工件需设置5次聚焦法则。

检测系统可同时进行上述两通道的检测，一次完成对工件的序列扫查。所有扫查数据储存在数据文件中，实现了数据的无损失保存。打开保存的检测数据文件可同时实现A、B、C显示和三维D显示，并进行数据分析。传统水浸聚焦探头的焦柱区域比较短，检测100mm厚工件至少需更换两次探头，还要进行水距和表面垂直度等的调节，检测时间至少是环形阵列检测的两倍。(www.xing528.com)

杨平博士论文的结语是，与传统的水浸超声波无损检测相比，相控阵列检测的优势是：①检测速度快，只需进行一次简单的线性扫查，无需更换换能器即可完成对工件的检测；②缺陷定位准确，检测灵敏度高；③有效检测深度范围大，效率高；④作业强度小，无污染；⑤检测结果直观，可实时显示。在扫查的同时可进行分析和评判，也可打印和存盘，实施检测结果永久保存。

文章总结相控阵的局限性是：①仪器调节过程复杂，调节正确性对检测结果影响大；②受客观影响大，工件表面的粗糙度会对检测结果产生影响。

杨平等在其《超声相控阵二维面阵实现三维成像研究进展》一文中介绍了自行开发的二维相控阵试验系统，对在距其上表面70mm处有一直径为3mm的规则通孔的铝试块进行了扫查成像试验，试验结果是成功的。