超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)20世紀(jì)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)，被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。但是由于固體中波動(dòng)傳播復(fù)雜性、系統(tǒng)復(fù)雜性和成本費(fèi)用高等因素存在，限制了超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的運(yùn)用。而電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及壓電復(fù)合材料等高新技術(shù)被廣泛綜合應(yīng)用，促進(jìn)了超聲相控陣技術(shù)發(fā)展，并且漸漸應(yīng)用到工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中。
    現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展，帶動(dòng)了很多高新技術(shù)在超聲相控陣技術(shù)中被綜合應(yīng)用，從而降低了相控陣系統(tǒng)復(fù)雜性與制作費(fèi)用^[1]。而且相控陣技術(shù)具有比傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)更加明顯的優(yōu)勢(shì)，使得超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，并且日漸得到人們重視，迎來(lái)了很大的發(fā)展空間。
    超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)
    超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)建立在惠更斯原理上，其探頭由許多個(gè)晶片組成。要應(yīng)用時(shí)，則需要按照相關(guān)規(guī)則以及時(shí)序激活探頭中一組或全部晶片，其中相控陣儀器的控制能力與檢測(cè)需要決定著晶片激活數(shù)量。晶片被激活后，發(fā)出的超聲波即為次波。每一個(gè)晶片的次波會(huì)彼此干涉，形成新波陣面并傳播開(kāi)來(lái)，從而形成超聲波束檢測(cè)工件。
    無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
    無(wú)損檢測(cè)就是在不損壞被檢測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上，根據(jù)物理特性將被檢對(duì)象的內(nèi)外部缺陷的位置、形狀、大小以及擴(kuò)展趨勢(shì)的一種現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)。以往，無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用具有宏觀不連續(xù)性，幾乎只是對(duì)使用過(guò)一段時(shí)間的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)。而后來(lái)的事實(shí)證明，無(wú)損檢測(cè)適合應(yīng)用在材料生產(chǎn)以及應(yīng)用的所有過(guò)程中，可以被廣泛推廣。而常用的無(wú)損檢測(cè)方法存在5種，即為射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)和超聲檢測(cè)。
    超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)技術(shù)基本原理與特點(diǎn)
    相控陣超聲無(wú)損檢測(cè)與傳統(tǒng)超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不同，其基本原理為相位控制，包括發(fā)射和接收兩個(gè)部分。其中發(fā)射部分是指可將電子技術(shù)應(yīng)用在陣元的發(fā)射相位與超聲強(qiáng)度的調(diào)整方面，使得聲束發(fā)生偏轉(zhuǎn)與聚焦?？筛鶕?jù)相關(guān)要求對(duì)焦點(diǎn)位置與聚焦方向進(jìn)行動(dòng)態(tài)自由調(diào)節(jié)，也就是將每個(gè)陣元中發(fā)射信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)整，使得每個(gè)陣元在到達(dá)焦點(diǎn)時(shí)，其聲束相位相同，實(shí)現(xiàn)相控聚焦。
    基于互易定理的相控陣接收時(shí)，回波到達(dá)每個(gè)陣元會(huì)存在相應(yīng)時(shí)間差，而相控陣則會(huì)按照其時(shí)間差對(duì)各個(gè)陣元接收的信號(hào)實(shí)行延時(shí)補(bǔ)償。然后再將聲束合成，使得待定位置上的回波信號(hào)疊加起來(lái)，達(dá)到增強(qiáng)的作用。至于其他方向的回波信號(hào)會(huì)被減弱或者抵消。
    各個(gè)陣元的相位和幅度控制以及聲束的形成使得相控陣出現(xiàn)聚焦和變跡等多種效果，其檢測(cè)技術(shù)最大的特點(diǎn)就是聲束角度可控以及動(dòng)態(tài)聚焦。
    超聲相控陣技術(shù)優(yōu)勢(shì)
   與傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)相比，超聲相控陣技術(shù)更具靈活性，檢測(cè)速度也較快，能夠檢測(cè)一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和盲區(qū)位置的缺陷。超聲相控陣技術(shù)并不需要更換探頭，其探頭尺寸也更小，可以對(duì)聚焦長(zhǎng)度和聚焦尺寸以及聲束方向進(jìn)行優(yōu)化控制，其分辨力和信噪比以及缺陷檢出率作用十分顯著。另外，超聲相控陣技術(shù)可以通過(guò)控制局部晶片單元組合的聲場(chǎng)，進(jìn)行電子高速掃描，同時(shí)對(duì)試件高速、多方位以及多角度檢測(cè)。超聲相控陣技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果非常直觀，可以實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。如果在掃查的過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行分析與評(píng)判，則可以對(duì)其進(jìn)行打印以及存盤(pán)，將檢測(cè)的結(jié)果永久保存下來(lái)。
    超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在電站設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中的運(yùn)用案例
    超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在電站設(shè)備無(wú)損檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用，下面以電站鍋爐無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)為例對(duì)其進(jìn)行探討。
    電站鍋爐是現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中供電所必須的設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的日益提高，不少檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電站鍋爐的安全運(yùn)行保障中。其中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用很廣泛，新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以及儀器的日漸普及成為了該技術(shù)更加廣泛被應(yīng)用的催化劑。
    電站鍋爐機(jī)組系統(tǒng)比較復(fù)雜，是綜合性比較強(qiáng)的承壓設(shè)備。而該設(shè)備存在著很多方面的限制使得系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，比如高溫、腐蝕和高壓，讓設(shè)備狀態(tài)很不穩(wěn)定，存在著泄露或者爆炸等不安全隱患。要維持設(shè)備正常運(yùn)行，就要對(duì)該設(shè)備的各方面工作進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，包括設(shè)計(jì)、制造、施工、安裝和檢查等。因此可以為該設(shè)備營(yíng)造出一個(gè)安全穩(wěn)定的允許環(huán)境，充分發(fā)揮了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的作用。
    應(yīng)用超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使得超聲波束在設(shè)備某一位置處檢測(cè)出不同幾何形狀，還可以使得其他相控陣探頭取代不同角度普通探頭。在早期時(shí)，由于相控陣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，而且使用成本高，消耗多，限制了其在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)不但越發(fā)成熟，而且漸漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)之中。相控陣檢測(cè)技術(shù)就經(jīng)常應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片根部和渦輪圓盤(pán)的檢測(cè)以及火車(chē)輪軸檢測(cè)等等。
    應(yīng)用于鍋爐檢測(cè)的相控陣檢測(cè)技術(shù)則比較少見(jiàn)，然而該技術(shù)對(duì)于電站鍋爐的主要結(jié)構(gòu)裝置卻具有重要檢測(cè)效果。根據(jù)電站鍋爐的相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，要明確判定其內(nèi)部是否存在裂紋，應(yīng)該采用超聲波對(duì)過(guò)熱器和再熱器出口箱等引入管孔橋部位進(jìn)行探傷檢查。但也因?yàn)樵谝胫蟮倪^(guò)熱器管和再熱器管相對(duì)比較集中，在常規(guī)超聲波檢測(cè)方法下，很難進(jìn)行鋸齒狀移動(dòng)，以致于檢測(cè)技術(shù)控制運(yùn)用的效果發(fā)揮不出來(lái)，為普通超聲波檢測(cè)操作帶來(lái)了困難。
    在運(yùn)用相控陣技術(shù)的過(guò)程中，結(jié)合軟件可以不斷調(diào)整換能器陣列所形成的波束角度與焦距等參數(shù)，使得不移動(dòng)探頭達(dá)到焊縫掃查要求。除此之外，還可以提高電站鍋爐集箱孔橋部位檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以確保現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作得到順利有效開(kāi)展。
    相控陣技術(shù)同樣逐漸普及到電站鍋爐厚壁焊縫檢測(cè)中。在選擇相控陣儀器與探頭時(shí)，企業(yè)會(huì)投入比較多成本。而采用相控陣設(shè)備要取代普通數(shù)字式超聲儀對(duì)電站鍋爐進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，尚需一段時(shí)間。

    在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，先進(jìn)的相控陣超聲技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域里的運(yùn)用更加廣泛。這不僅有利于保護(hù)電站鍋爐的正常運(yùn)行，也使得無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與以后電站設(shè)備運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展緊密相連， 創(chuàng)造出理想的社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。