目前我國無損檢領域應用最廣泛的是 TOFD 技術，業界人士已經普遍認可了 TOFD 技術，這項技術在我國的工業領域已經有了數不勝數的成功案例。21 世紀初，我國引入了 Isonic 系列便攜式超聲波成像檢測系統（以色列的Is onotronNDT 公司出品），經由一系列的實際的對比以及驗證加之不斷改進和創新了的掃查器系統，TOFD 技術被更多的應用到各工業現場檢測中。TOFD 方法具有超聲成像技術，它通過采用一發一收探頭布置，然后要求相應的探頭入射點間距離，在平板對接焊縫、環焊縫及直徑大于500mm 的縱縫中厚板檢測方面具有很大的優勢，但是該技術也存在一些弊端，比如對于復雜幾何形狀的結構件、焊縫檢測盲區等束手無策。到目前為止超聲相控陣技術已經在我國發展了 20 年，在早期主要應用在醫療領域，利用該技術可以在實際的醫學超聲成像中對被檢器官進行成像，有益于醫學的不斷發展和進步，但是由于很多客觀因素的限制，比如系統的復雜性、固體中波動傳播的復雜性及成本費用高等，使得該技術的應用面受限。在這種情況下，在超聲相控陣成像領域應用壓電復合材料、數據處理分析等高新技術是大勢所趨，未來超聲相控陣檢測技術一定會得到更加廣泛的應用。超聲相控陣是采用多晶片控制聲束聚焦技術，探頭可以在同一位置實現很大聲束及角度范圍內的電子掃查，適用于復雜幾何形狀結構件的檢測。

下面對 TOFD 和相控陣的檢測技術做簡要對比。

1 TOFD 的技術特點

1.1 TOFD 的優點

TOFD 技術不僅具有很強的缺陷檢出能力，還具有很高的缺陷定量精度，除此之外還具有很高的時效性和安全性，可永久保存其檢測數據。

①效率高：該技術只需要做線性掃查就可以對焊縫完成掃查，很大程度上擴大了單組探頭檢測對焊縫的覆蓋范圍大，遠遠超過了傳統的檢測方法。

②靈敏度高：由于該技術的衍射波信號具有很高的靈敏度，很大程度上保證了檢出率。

③精度高：利用衍射時差計算方法，缺陷的高度可以得到精確的計算。

④影響?。涸摷夹g不會因焊縫結構或缺陷的方向性就左右最后的檢測結果，其檢測結果具有很高的穩定性，幾乎不受其他因素的影響。

⑤漏檢少：衍射波具有高靈敏度，通過圖像記錄完整檢測數據，重復性好。

⑥數據全：檢測結果的時效性很強，并且相關數據和資料會以存盤、打印出來等形式永久的保留下來，以便隨時進行分析處理。

⑦更安全：采用該技術不會對相關人員造成人身傷害。

⑧更靈活：現場檢測很方便，可以根據實際情況隨意選擇手動或自動方式。

⑨成本低：采用該技術不僅不需要其他耗材，還由于該技術不需要和工件直接接觸，有效的減少了磨損，同時還能夠耐高溫接觸面（可達 200℃以上），評定缺陷時可在線應用相關的工程評定標準，修復缺陷時可最大限度的減少不必要的焊縫剖開。如此有效的減少了檢測生產的時間間隔，也最大程度的避免了其他不利問題的出現，其成本遠遠低于傳統的超聲波探傷方法。

1.2 TOFD 的局限性

①過高的靈敏度有時會夸大焊縫中的良性缺陷。

②焊縫兩側需要有放置探頭的空間。

③存在檢測盲區，即在工件的近表面 （一般為2- 10mm）。

④對相關工作人員的素質和能力要求很高。

⑤TOFD 檢測效率低：TOFD 掃查有兩種方式。一種是非平行掃查，另一種是平行掃查。平行掃查效率極低，但定量精度高，一般不采用此掃查方式，盡在實驗室或對某一缺陷精確定量和定位時采用。非平行掃查速度快，但不能判定缺陷在焊縫的哪一側，給定位增加難度，有時需要進行多次掃查來確定缺陷的位置，致使檢測效率降低。檢測中常采用非平行掃查方式。

⑥TOFD 缺陷的評定：眾所周知，TOFD 技術不是基于幅度法進行檢測的，檢出率遠高于其他檢測方法（例如手動超聲波檢測、機械超聲波檢測及射線檢測等）這是眾所周知的事實。不論是大缺陷還是小缺陷都能檢出，這給缺陷評定增加難度，控制不好返修率相當高，甚至出現有的缺陷返修后看不見的現象。

2 超聲波相控陣檢測技術特點與優勢

2.1 超聲波相控陣與其他無損檢測方法對比具有如下特點：

①采用電子方法控制聲束聚焦和掃描，檢測速度成倍提高。

a 超聲波束方向可自由變換。

b 焦點可以調節甚至實現動態聚焦。

c 探頭固定不動便能實現超聲波扇掃或者線掃。

d 相控陣技術可進行電子掃描，比通常的光柵掃描快一個數量等級。

②具有良好的聲束可達性，能對復雜集合形狀的工件進行掃查。

a 傳統的檢測方法應用單一，但超聲波相控陣檢測技術用一個相控陣探頭，就能涵蓋多種應用；b 傳統的檢測方法對很多特定檢測都束手無策，但超聲波相控陣檢測技術只需要一小巧的陣列探頭，就可以輕松的解決各項檢測任務。

③通常優化控制焦點尺寸、焦區深度和聲束方向，可使檢測分辨力、信噪比和靈敏度等性能得到提高。

④通常不需要輔助掃查裝置，探頭不與工件直接接觸，數據以電子文件格式存儲，操作靈活簡便且成本低。

⑤仿真成像技術：解決幾何復雜構建檢測難題；現場實時生成幾何形狀圖像；輕松指出缺陷真實特征位置；成像由各聲束 A掃數據產生；實際檢測結合工藝軌跡追蹤；可用于所有形式的焊縫檢測，同步顯示 A、B、S、C、D、P、3D 掃描數據。

2.2 傳統的掃描成像方式需要移動探頭才可以實現

檢測，而采用相控陣超聲成像只需使用陣列換能器（探頭）就可以實現對被檢測試樣一定聲場范圍內進行計算機控制的聚焦掃查。另外在 B 型、C 型等掃描成像方式中的聲束時有單探頭發出的，由于其各項參數都是固定的，如果不移動探頭位置，在整個視野范圍內很難獲得清晰一致的成像；而相控陣超聲成像由于其各項參數是靈活多變的，即使是在不移動探頭位置的前提下，也可以獲得均勻一致、高分辨率的清晰圖像。

雖然超聲全息可以得到目標的立體像，但是由于其靈敏度和分辨率不高，并且所需設備復雜昂貴，現階段還沒有得到廣泛的應用。而相控陣超聲成像的檢測靈敏度和分辨率大大高于超聲全息，而且通過對各個方向掃描聲束的探測結果進行計算重建，也可以得到被檢物體的三維成像。如采用二維陣列探頭，則可獲得實時三維成像。

由于超聲顯微鏡的成像所用的換能器頻率高，所以其分辨率高，但弊端是只適用于探查物體表面和近表面微觀結構；而相控陣超聲由于不用很高的頻率，其分辨率相對較低，但可以對較厚的大工件進行內部成像檢測。

3 結論

綜上所述：超聲波相控陣檢測技術以其靈活的聲束偏轉和聚焦性能越來越引起人們的重視。在不遠的將來，超聲波相控陣檢測技術必將會以其無可比擬的優越性替代其他成像檢測技術，使得無損檢測技術越來越方便的應用于工業領域。

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