相控陣超聲檢測的案例
Wabtec原奧林巴斯超聲相控陣無損檢測解決方案
在工業無損檢測（NDT）的宏大版圖中，如何在不破壞材料結構的前提下，精準洞察內部微觀缺陷，始終是保障高端裝備制造安全的核心命題，隨著Wabtec于2025年完成對奧林巴斯檢測技術部門（原奧林巴斯科學解決方案部門）的收購，這一領域的技術積淀迎來了新的整合與爆發，超聲相控陣技術，憑借超越傳統光學的“透視”能力，正從單一的檢測手段演變為保障關鍵資產完整性的數字化智能防線。
Wabtec原奧林巴斯：https://www.wabtecims.com.cn/
Wabtec原奧林巴斯超聲相控陣無損檢測解決方案：https://www.wabtecims.com.cn/zh/phasedarray/
聲學的智慧：從惠更斯原理到電子聚焦
超聲相控陣技術的本質，是一場從“機械掃描”到“電子掃描”的跨越，不同于傳統超聲檢測依賴單晶片探頭進行物理移動，相控陣技術基于惠更斯原理，通過探頭內部排列的多個獨立壓電晶片（陣元），利用精密的電子系統控制每個陣元的激發時序。
這種多晶片協同工作的機制，賦予了聲波前所未有的靈活性，系統可以通過精確的延時法則，實現聲束的電子偏轉、聚焦和掃查，這意味著，檢測人員無需頻繁更換探頭或進行復雜的機械移動，僅憑電子控制即可生成扇形掃描（S-Scan）圖像，這種能力不僅極大地提升了對復雜幾何形狀工件（如渦輪葉片、異形焊縫）的覆蓋效率，更通過電子聚焦功能，在特定深度優化了聲束能量，顯著提高了信噪比和缺陷定量的精度。
算法的進化：TFM與PCI的雙重加持
如果說硬件是相控陣技術的骨骼，那么成像算法則是靈魂，隨著奧林巴斯等領軍企業的持續研發，成像技術已從基礎的相控陣（PA）演進至全聚焦方式（TFM）和相位相干成像（PCI）。
展開 Comsol 鋼板lamb波發射與接收（有裂紋）
超聲波裂紋檢測（Ultrasonic Testing，UT）是一種常用的無損檢測方法，用于檢測材料或結構中的內部裂紋和其他缺陷。它基于超聲波在材料中傳播的原理。
1. 超聲波：超聲波裂紋檢測中使用的超聲波通常具有超出人聽范圍的頻率，通常在0.5 MHz至25 MHz的范圍內。頻率的選擇取決于被測試材料、所需穿透深度和預期裂紋的大小等因素。
2. 傳播模式：超聲波可以以不同的模式傳播，包括縱波（壓縮波）和剪切波。傳播模式的選擇取決于材料性質和所針對的裂紋類型。
3. 脈沖回波技術：超聲波裂紋檢測中最常用的方法是脈沖回波技術。在這種技術中，一個單獨的換能器用于將超聲脈沖傳輸到材料中，并接收從裂紋或其他缺陷反射回來的回波。回波返回所需的時間用于確定裂紋的位置和深度。
4. 飛行時間測量：通過測量超聲波的飛行時間，可以計算波的傳播距離，并推斷裂紋的位置。通常使用往返時間進行測量，考慮了出射波和返回波。
5. A-掃描和B-掃描成像：接收到的超聲信號可以以A-掃描或B-掃描圖像的形式顯示。A-掃描表示接收信號的幅度隨時間的變化，而B-掃描顯示了材料的二維橫截面視圖，可視化顯示裂紋。
6. 校準和標準：超聲波裂紋檢測系統需要進行校準以確保準確測量。使用已知裂紋尺寸的參考標準對系統進行校準，以建立裂紋檢測的靈敏度基準。
7.
高級技術：高級技術，如相控陣超聲檢測（PAUT）和飛行時間衍射（TOFD），可以提供增強的裂紋檢測能力。PAUT使用多個換能器來控制和聚焦超聲波束，可以更好地覆蓋和成像被檢區域。TOFD是一種測量從裂紋尖端衍射的信號的技術，可準確測量和表征裂紋的尺寸。
超聲波裂紋檢測廣泛應用于航空航天、制造業、石油和天然氣以及建筑等行業。
展開 大跨度橋梁設計中對開口肋正交異性鋼橋面板的認識誤區
閉口肋的制造涉及許多步驟，包括肋成形、彎曲和PJP縱肋—橋面板焊縫的無損檢測，無損檢測可能需要采用更復雜的方法，例如相控陣超聲檢測（PAUT）。開口肋的制造無需肋成形、彎曲步驟，并且填角焊縫的無損檢測通常采用磁粉檢測（MPT）方法來完成，開口肋的制造流程更簡單且耗時更短。
基于上面的討論，我們有理由斷定，使用ORD，而不使用CRD，可以大大縮減制造成本，簡化制造流程。
可變縱肋高度
在現有桁架橋上放置正交異性橋面板時，橋梁凈空高度往往是一個問題。通過提供可變縱肋深度，使橫梁之間的部分更深，橫梁以上的部分較淺，便可解決這一問題。ORD較易滿足這種需求，但CRD卻幾乎不可能做到。皇后區大橋上的ORD就采用了可變縱肋高度。
ORD與CRD的案例研究
圖10 CRD案例研究中的正交異性橋面板
圖11 案例研究中的ORD和CRD上的橫向荷載位置
我們通過有限元（FE）分析，研究1）橫向荷載分布情況和2）各種橋面板細部處的疲勞應力范圍。圖10和圖11展示了雙跨連續正交異性橋面板組件的有限元模型，其平均跨度為20英尺（6.1米），橋面板寬度為20英尺（6.1米）。
展開 技術 | 攪拌摩擦焊接標準的分析研究
其中QJ20043標準要求更加詳細，對檢測方法做出了說明，例如采用單面攪拌摩擦焊，焊縫背面無加工余量時，對Ⅰ、II級接頭根部弱結合缺陷應100%進行超聲相控陣檢測，超聲相控陣檢測按QJ20045.2011的規定進行，并按基準靈敏度進行評定;不能進行超聲相控陣檢測的接頭，應按設計文件規定，對焊件進行液壓、氣密試驗或對試件、試樣進行剖切金相檢查等旁證性試驗。
3 軌道車輛攪拌摩擦焊技術現狀
早在2000年左右，國外已把攪拌摩擦焊接技術應用于軌道車輛的批量生產制造。例如歐洲、日本著名列車制造商都在采用FSW技術，包括Alstom,Bombardier,CAF,Siemens、日立、川琦重工、住友輕金屬工業、日本車輛制造等。FSW在列車中應用部位廣泛，涉及焊接位置有:車頂板、側墻板、地板、列車底架。截止2006年，日本已生產單殼車體100輛以上;雙殼車體600輛以上，焊縫總長度超300km。
日立為“西武鐵道”制造的EMU20000系列市郊火車，雙層結構的側墻和車體采用FSW焊接，且為單面焊結構。在國內，株機公司、浦鎮公司、長客股份等先后小批量生產出攪拌摩擦焊接大部件并裝車使用。四方公司從2008年以來，開展攪拌摩擦焊基礎性研究和工程化應用研究工作，已建立企業技術標準體系，形成完整攪拌摩擦焊接工藝評價體系、制造工藝體系和質量標準體。成功研制6XXX系鋁合金、7XXX系鋁合金攪拌摩擦焊部件，形成批量化生產能力。完成時速350公里某型動車組的牽引梁、枕梁、車鉤叢板座等關鍵部件的攪拌摩擦焊接。完成A型地鐵攪拌摩擦焊鋁合金車體的試制。但是針對軌道車輛行業的材料體系、產品結構、生產節拍、服役性能的特征，仍需要進行大量的工作，以建立行業性的指導標準。
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