相控阵超声检测系统特性评价的一般要求 (摘要)

General Requirements for Evaluating Performance Characteristics of Phased-Array Ultrasonic Examination Instruments and Systems

Li Yan

无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会

NDT Subcommittee of Wuxi Boiler and Pressure Vessel Society

    超声相控阵检测的有效性首先取决于相控阵仪器和系统的有效性。本文介绍ASME BPVC (美国锅炉压力容器法规)最新版(2009增补)有关相控阵超声检测仪器和系统特性评价的一般要求,包括系统组成和特性概要、特性评价注意点和特性评价项目,以及重要术语等,企望为国内承压设备相控阵超声检测的有效应用和标准化,提供法定依据和有用借鉴。

The validity of phased-array ultrasonic examination firstly depends on the validity of phased-array instruments and systems. This article describes the general requirements for evaluating performance characteristics of phased-array ultrasonic examination instruments and systems regulated in 2009 Addenda to 2007 ASME BPVC Section V including the system composition and performance summary,the key points of evaluating function, and the seven key items need to be evaluated. The intention is to provide an authorized basis and a source of reference for effective application and standardization of phased-array ultrasonic examination for pressure equipment in our country.

超声检测;相控阵;系统;特性评价;一般要求
Ultrasonic examination; Phased-array; Instruments and Systems; Performance evaluation; General requirements

近几年来,超声TOFD和超声相控阵之类计算机成像技术(Computerized Imaging Technology,简称CITs)已在国内积极推广应用。计算机成像技术用于缺陷表征和评价时,其有效性是最大属性。但CITs也可用于进行基本扫查动作,首先具有检出缺陷的功能。计算机处理数据分析和显示技术,可与自动或半自动扫查机械联用,获得两维或三维缺陷图像,从而强化对重要部件和重要结构的检测能力。计算机处理可用于对超声检测或其它无损检测方法发现的缺陷类型、大小、形状、位置和方向等,进行定量分析和客观评价。

国内有关承压设备TOFD检测的法规和标准均已发布,但相控阵检测标准迟迟未见动静。ASME 最新版(2009增补)已推出了有关相控阵超声探伤仪和系统特性的评价标准SE-2491。这为采用超声相控阵对承压设备焊接接头进行在制和在用检验提供了有一定权威性的法定依据,值得国内业界“借水行舟”。以下先简要地介绍该标准提出的一般要求。

1系统特性评价意义和对象

1.1评价意义

(1)评价相控阵超声探伤仪和系统的一些重要特性,旨在用于对仪器和系统进行比较,或者通过周期性反复比较,检测出给定仪器或系统特性的长期变化,发现接近失效的征象。若检定数据超过一定限值,就需要进行校正维修。

(2)所测试的仪器特性,用涉及超声探伤有效性的术语表示。相控阵设备的其它电子仪器特性,则类似于非相控阵设备,可按常规超声探伤仪要求测试。

1.2评价对象

(1)可评价用脉冲波列和A扫描显示(射频或视频)的超声探伤系统。但该标准指南并不对探伤系统规定特性限值。指出:如需此类验收条件,须由使用方规定;文中列出的验收数据,仅供参考。要评价的具体参数,以及测试条件和数据报告要求等,均须由用户确定,并列入其管理文件。

(2)该标准指南可用于评价整个探伤系统,包括探头、仪器、接线、扫查器、报警器及辅助器具等,主要是为了确保所用系统有重复性,无影响检测结果的重大变化。但该指南无意替代作为给定试件检验用的仪器或系统的校验准则或标准。

(3)所需测试设备,除要评价的仪器或系统外,还包括选定的试块和定位编码器。

(4)该指南还包括测试规程的可用性,以及结果的评定。文中所述可供选定的规程示例,仅用于无用户认可的情况。

2参考标准

超声检测特殊技术是从常规检测技术发展而来的。该标准涉及到的常规系统特性评价的标准均为ASTM(美国材料试验学会)标准,主要有以下5项:

(1)E 317超声脉冲回波探伤仪和系统的特性评价方法(不用电子测量仪器);

(2)E 494材料超声声速测定方法;

(3)E 1065超声探头特性评价方法

(4)E 1316无损检测术语;

(5)E 1324超声探伤仪某些电子特性的测量指南。

 3重要术语

除遵循ASTM E1316 规定的术语意义外,该标准还针对相控阵超声检测涉及到的系统结构和技术特性,特别框定了以下8个专用术语定义,以有助于理解系统特性评价:

(1)角度校正增益angle corrected gain) 又称ACG.,是指S型(扇形)扫描校验过程中,对从一定深度的横孔收到的反射信号幅度变化,进行补偿修正。此补偿修正常用电子方法在多种深度进行。注意,ACG有技术限制,超过一定角度范围,补偿修正就不可能。

(2)环形阵列探头由一套配置成同心圆环的换能器所组成的相控阵探头,能使超声波束沿轴线不同深度聚焦。圆环表面积大多恒定,即各圆环宽度不同。

(3)阵列(相控) 按一定格式排列的单元(称为阵元或晶片)组合,如线阵列、环阵列、两维矩阵列、极坐标阵列等(见图1图6)。

7小结 

(1)相控阵超声系统不同于常规超声系统的最大特点是:压电复合阵列探头中各阵元的激励或激活(包括振幅和延时)均由计算机控制。阵元激活后能产生超声聚焦波束,声束参数如角度、焦距和焦点尺寸等均通过软件调整。系统特性校验的特异点即基于此。

(2)这里列出的八个专用术语是有助于理解相控阵系统结构和特性评价的重要概念。

(3)系统特性评价应充分了解相控阵列结构和阵元功能,谙熟电子扫描、扇形扫描、时间延迟、以及变角、转向、聚焦、变焦的基本原理和控制方法。

(4)七个评价项目关系到相控阵超声检测的可靠性和有效性,也关系到缺陷定位、定量和定性、表征的准确性。对承压设备焊接接头进行超声相控阵检测的UT人员,应按规按标定期对相控阵仪器和系统进行测试评价,并做好记录存档;一旦发现有重大异常情况,应予校正维修。
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