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摘要：无损检测技术是现代工业领域非常关键的一个技术环节。其中，超声检测是无损检测领域中一种重要手段。相比于其他方式，如磁粉检测、射线检测、涡流检测等，超声检测具有高精度、无损、高安全性、高适应性等优点，被广泛应用于电力、航空、航天、石化等多个领域。超声相控阵技术因其灵活的声束形成以及快速成像性能得到了越来越多的关注。这项技术能提高检测效率，扩大超声检测应用范围，在缺陷查出和定量准确性方面突破常规超声因声束偏转角度有限且不够灵活而造成的限制，是当前超声无损检测领域研究的热点。
关键词：超声相控阵；常规超声；电力工业
引言
无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认。超声检测是无损检测中的一个重要分支，与其他检测方法相比，超声检测具有适用性强、穿透力好、设备便携、操作安全等优势，得到了较为广泛的应用。超声相控阵因其灵活的声束形成以及快速成像性能得到了越来越多的关注，成为超声无损检测领域发展起来的研究热点。
1超声相控阵检测原理
目前，用于复合材料的无损检测方法有：观察法、敲击法、射线检测法、磁粉检测法、渗透检测法、涡流检测法、声发检测法、光学检测法以及超声波检测法。复合绝缘子因材料、结构以及运行方式与运行环境的特殊性，超声检测在无损检测中应用越来越广泛。该方法利用复合材料本身或其缺陷的声学性质对超声波传播的影响来检测材料内部和表面的缺陷，如气孔夹渣、橡胶分层、裂纹、脱黏等，对面积型缺陷的检出率较高。其具有对人体无害、灵敏度较高、穿透性强、缺陷定位准确、检测速度快、成本低等突出优点。超声波在界面被反射的程度决定于两种介质的声阻差（介质的声阻等于介质的密度和声速的乘积），声阻差越大则反射程度越大。声波在空气中的传播速度为３４０ｍ／ｓ，在玻璃纤维芯棒中为２５７０ｍ／ｓ，在硅橡胶护套中为１０６０ｍ／ｓ。超声相控阵探头是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列方式组合成一个阵列，每个阵元都有自己独立的发射接收电路，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转以及聚焦。
2超声相控阵技术在电力工业中的应用
2.1管道对接焊缝检测
电厂管道特别是主蒸汽管道、再热热段蒸汽管道、主给水管道和再热冷段蒸汽管道对接焊缝在运行过程中承受着较高的温度和压力，一旦泄露，轻者造成机组停机，重者导致人身伤亡，因此，加强管道对接焊缝的检测显得尤为重要。对接焊缝坡口一般有V型、U型、双V型三种形式。采用传统的超声波探伤方法对管道对接焊缝进行检测时，探头要在焊缝两侧频繁移动，检测过程十分复杂。采用相控阵超声探头检测对接焊缝时，可通过扫描仪和编码器实现对接焊缝的全体积扫描。在检测过程中，关键检测参数由软件自行设定，不需要更换探头，不需要频繁地来回移动探头，也不需要复杂的夹紧装置。需要注意的是，只有保证探头楔块前端与焊趾之间的距离，才能保证探头发出的声束能覆盖整个被检截面，然后沿焊缝轴线纵向移动即可完成检测。
2.2接管座角焊缝检测
接管座角焊缝作为电站锅炉检验中的重点检验和监测部位，其质量优劣直接影响电站锅炉运行的安全可靠性。角焊缝在焊接过程中常出现未焊透、未融合和裂纹等面积型缺陷。由于超声波检测对此类缺陷十分敏感，检测灵敏度较高，常规超声波检测成为目前管座角焊缝常用的内部检测方法。但是，由于接管座角焊缝坡口形状和结构较为复杂，利用超声波进行检测时，易受到管座曲率、壁厚和马鞍状焊缝形式的影响，加之探测位置的局限，常规超声波检测面临着缺陷信号识别难度大、缺陷的定位困难及难以确保焊缝完整覆盖等问题。利用模拟仿真软件，将超声相控阵检测技术应用于对管座角焊缝的检测，并配备扫查器实现自动化检测。通过对比可知，利用超声相控阵检测技术能确保检测质量。
2.3小径管检测
火力发电厂锅炉过热器、省煤器、水冷壁、再热器管称为锅炉“四管”。一般情况下，受热面管通常称为小径管，所用直径为32～89mm，管壁为4～12mm。近年来，超临界、超超临界机组不断增多，机组在运行过程中受到的温度、压力不断增加，对所用的小径管质量提出了越来越高的要求。锅炉“四管”因为长期处于高温、高压的环境中，极易产生高温蠕变、内壁水侧腐蚀、外壁向火侧腐蚀、外壁侵蚀及磨损和疲劳，严重者会导致爆管事件，影响机组的安全稳定运行，给电厂带来巨大的经济损失。
3航空航天行业的应用
在航空工业中，由于对飞行器可靠性、环保性、轻量化标准的日益提高，复合材料在航空结构上应用比例不断提升，且复合材料结构也变得越来越复杂，监控复合材料结构的内部质量受到越来越广泛的关注。一方面，面对飞机结构上日益剧增的复合材料用量，高效、快速的无损检测手段是复合材料结构的生产过程和服役阶段迫切需要的；另一方面，随着复合材料工艺及结构复杂性的增加，产生的检测技术问题也给传统的检测手段带来了严峻挑战。在航空复合材料平面结构中，线性扫查是超声相控阵检测的主要方式。在实际应用中，为了提高检测效率和分辨率，国内外研究学者设计了形状巧妙的相控阵探头。对于复合材料的曲面结构监测，目前主要采用柔性相控阵换能器。其感应探头极富有柔韧性，在一定程度内可以弯折，因此能够对不同的曲率结构进行监测，故而能适应不同类型的凹面环境。比较有代表性的公司有英国凤凰检测系统有限公司。
4铁路行业的应用
铁路是判断一个国家现代化水平高低的重要标志之一。经过十多年的建设，我国铁路的建设已经取得了长足的进步。在加快推进铁路建设的同时，铁路工程建设的质量与安全同样十分重要。在2006年7月，美国交通部发布了《超声相控阵在钢轨缺陷检测中的应用》研究报告。此项研究主要目的在于验证可以检测钢轨内部缺陷的无损检测技术，由美国铁路协会（AAR）和联邦铁路署（FRA）共同赞助。在研究报告的第一部分，首先对利用超声相控阵技术检测横向缺陷进行了可行性分析。经过验证，运用超声相控阵技术，使用线性阵列能够可靠地对轨头横向缺陷进行定量检测。随着科技的不断发展，超声相控阵技术也在与铁路工业领域进行更加深度的融合。目前，在铁路钢轨检测方面，超声相控阵检测在我国已经得到了广泛的应用。超声相控阵技术为铁路的工程质量提供了技术保证。
结束语
超声相控阵检测技术可以有效地检测对焊缝、喷嘴座角焊缝、涡轮叶根和小直径管道的缺陷。近年来，超声相控阵技术在工业无损检测中的应用越来越广泛，具有广阔的发展前景。超声相控阵技术的发展将促进难题的解决，为保证电力设备的安全稳定运行发挥作用。
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