无损检测技术之半步阵元法

无损检测技术之半步阵元法（Half-Skip Technique）

半步阵元法（Half-Skip）是一种超声波检测（UT）的变角扫查技术，主要用于检测厚板或焊缝中的倾斜缺陷（如未熔合、裂纹）。它通过优化声束路径，提高对特定方向缺陷的检出率，尤其在常规直射波或一次反射波难以覆盖的区域（如焊缝根部或近表面）具有独特优势。

1. 技术原理

(1) 基本概念

• “半步”含义：指超声波在工件中的传播路径为“半个V字形”（即一次反射），介于直射波（0次反射）和全跨距波（1次反射）之间。

• 声束路径：

• 探头发射的超声波以一定角度（通常35°~70°）进入工件。

• 声波在底面反射后，以对称角度返回，覆盖检测区域。

• 缺陷（如倾斜裂纹）会阻挡或衍射声波，形成回波信号。

(2) 与传统方法的对比

2. 技术特点

（1）优势

✔ 对倾斜缺陷敏感：尤其适合检测与表面成角度的缺陷（如45°裂纹）。
✔ 覆盖盲区：可检测常规直射波难以到达的区域（如厚板焊缝根部）。
✔ 信噪比高：反射路径减少杂波干扰，提高缺陷信号清晰度。

（2）局限性

✖ 依赖探头角度：需根据工件厚度和缺陷预期方向选择合适折射角。
✖ 需校准试块：需使用标准试块（如IIW或CSK-IA）校准声程和灵敏度。
✖ 不适用薄板：通常用于厚度≥10mm的工件。

3. 典型应用

1. 焊缝检测：

• 检测坡口未熔合、根部裂纹（如压力容器、管道环焊缝）。

2. 厚板检测：

• 钢板、锻件中的分层或倾斜缺陷。

3. 在役检测：

• 石化设备、核电部件的周期性检查。

4. 检测步骤

1. 选择探头：

• 常用斜探头（如45°、60°、70°），频率2-5MHz。

2. 校准灵敏度：

• 使用含人工缺陷的试块（如横孔或槽）调整增益和声程。

3. 扫查方式：

• 沿焊缝或检测区域做锯齿形扫查，确保声束覆盖目标区域。

4. 信号分析：

• 观察A扫描波形，识别缺陷回波（如底面反射信号前的异常峰值）。

5. 与其他技术的结合

• 与TOFD互补：

• TOFD检测垂直缺陷，半步法检测倾斜缺陷。

• 与相控阵超声（PAUT）结合：

• 使用电子扫描替代机械扫查，提升效率。

6. 标准参考

• 国际标准：

• ASTM E164《焊缝超声检测标准》

• EN ISO 17640《焊缝无损检测-超声检测》

• 国内标准：

• NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测-超声检测》

7. 发展趋势

• 自动化扫查：机器人搭载半步法探头，实现高效检测。

• AI辅助判伤：深度学习算法自动识别缺陷信号模式。

总结

半步阵元法是超声检测中一种针对倾斜缺陷的高效方法，尤其适用于厚板焊缝和复杂几何结构。其核心优势在于优化声束路径，弥补常规UT的检测盲区，常与TOFD、PAUT等技术联合使用，提升缺陷检出率。