全矩陣捕獲和全聚焦法檢測標準化新動態(tài)

李 衍

(無錫市承壓設備學會無損檢測專委會，無錫 214026)

ISO/DIS 23865:2020 《超聲雙全法檢測一般用法》是由國際焊接學會(IIW)第V委員會(焊接產(chǎn)品質(zhì)量控制與質(zhì)量保證)制定，由國際標準化組織(ISO)發(fā)布的最新標準(草案)。

超聲檢測(UT)是一種用于評價焊接接頭體積完好性的無損檢測方法。幾十年來，工業(yè)UT技術在不斷演變，相控陣超聲檢測(PAUT)相比于常規(guī)UT具有許多優(yōu)勢，例如焊縫缺陷檢出率明顯提高。PAUT已成為很有效的無損檢測方法，已被法規(guī)、標準認可為可取代經(jīng)典射線檢測(RT)的一種方法。

超聲CI(計算機成像超聲)技術進入ASME法規(guī)的最早年份如圖1所示，包括超聲波衍射時差法(TOFD)、PAUT、雙全法(FMC-TFM)等技術，有關標準化要求已相繼列入ASME標準第Ⅴ卷第四章內(nèi)。隨著新一代超聲設備計算機效率的提高，大數(shù)據(jù)管理能力的強化，近兩年來，又推出了全矩陣捕獲(FMC)和全聚焦法(TFM)——所謂“雙全法”的先進超聲技術，其缺陷表征功能大為改善，廣泛應用于工業(yè)領域，相應國際標準也緊隨出世。2018年國際焊接學會率先發(fā)布了IIW V-1842-18 《超聲雙全法技術一般用法》，即標準草案ISO/DIS 23865:2020之前身(兩者內(nèi)容大同小異)。另一國際標準體系ASME也在2019版第Ⅴ卷第四章《焊縫UT》中以附錄形式添加了雙全法檢測的具體要求：① 強制性附錄Ⅺ《全矩陣捕獲》；② 非強制性附錄F 《焊縫全矩陣捕獲法檢測》。但ASME BPVC.V-2019的雙全法規(guī)范，僅適用于基于斷裂力學驗收標準的檢測(即在役檢測)。而IIW標準及ISO標準草案一開始就在適用范圍中明確指出，雙全法既適用于在制檢測，也適用于在役設備的檢測，亦適用于返修檢測。在正文和附錄部分，還提出雙全法不僅適用于焊接接頭，也適用于鍛件和鑄件的檢測，并給出了應用案例對其進行詮釋(焊縫檢測單獨發(fā)布標準草案，即ISO/DIS 23864-2020《焊縫超聲雙全法自動檢測》)。

圖1 超聲CI技術進入ASME法規(guī)的最早年份

目前，現(xiàn)代計算機的處理速度，可實現(xiàn)雙全法實時成像。雙全法與常規(guī)PAUT的圖像分辨率對比如圖2所示。該圖彰顯了雙全法檢測的優(yōu)勢。

圖2 常規(guī)PAUT與雙全法檢測圖像分辨率對比

全矩陣捕獲與全聚焦法均為數(shù)字化程序驅(qū)動。全矩陣捕獲是采集方式，而全聚焦法是對其采集的信號進行處理的最常用算法(其他替代算法，詳見ISO/DIS 23865:2020附錄D)。FMC是雙全法施用的基礎； TFM是利用FMC數(shù)據(jù)生成的基本A掃信號重建圖像的過程。為解讀數(shù)據(jù)，TFM算法中要輸入一些關鍵變量，如聲傳播模式和分辨率，并按波集(或波程)分組。

PAUT與TFM均可給出優(yōu)質(zhì)圖像，圖像質(zhì)量高低取決于實際應用、探頭選擇和參數(shù)選用。TFM可通過設置，使顯示圖像比PAUT更接近于實際形貌。TFM有隨處聚焦的優(yōu)點(只要所用設置可在近場區(qū)進行檢測)。一般說來，雙全法產(chǎn)生的圖像分辨率優(yōu)，保真度好，信噪比高。

文章將從15個方面，解讀雙全法檢測標準化的最新動態(tài)，對雙全法通則進行詳細分析。

1 適用范圍

(1) 通則為使用雙全法技術進行超聲陣列檢測，提供了指導。旨在為在制、在役設備檢測或返修檢測，推行切實可行的做法。

(2) 通則中考慮的一些應用案例，涉及損傷評價中的表征和定量。

(3) 焊縫檢測時適用標準為ISO/DIS 23864：2020。

(4) 使用雙全法的主要優(yōu)勢為,被檢工件體積區(qū)域顯示圖像由系統(tǒng)對每個像素處接收到的聲場作合成聚焦而生成,比普通相控陣技術的成像效果好，詳見ISO/DIS 23865:2020附錄A。

(5) 通則所考慮的材料是低合金碳鋼，但有些建議亦適用于其他材料[如奧氏體不銹鋼焊縫雙全法檢測時，可參閱IIW V-1843-18 《IIW奧氏體檢測》(修訂版)]。

(6)通則不包括缺陷的驗收等級。

2 重要術語

(1) 全矩陣。由n×m個單元組成的矩陣，對應于m個發(fā)射信號與n個接收信號的所有組合，每個矩陣單元均包含一個A掃描時域信號。

(2) 全聚焦法。關注區(qū)內(nèi)合成聚焦(包括重建)，通過處理相應發(fā)-收組合部分或全部的A掃描信息，并考慮聲波從發(fā)射→像點→接收的行程，聚焦于眾多網(wǎng)格點上。一般用全矩陣捕獲(FMC)數(shù)據(jù)進行。

(3) 雙全法。數(shù)據(jù)采集法和成像法的組合。

數(shù)據(jù)采集法涉及全矩陣捕獲，而成像法涉及全聚焦法圖像計算。數(shù)據(jù)采集法和成像法可用幾種類似技術完成(詳見標準附錄B)。全矩陣捕獲原理如圖3所示。

圖3 全矩陣捕獲原理示意

(4) 關注區(qū)(ROI)，又稱TFM區(qū)。展示有效檢測空間區(qū)域的二維或三維圖像，其圖像由計算得出。

(5) 雙全法布置。指由探頭特性(頻率、探頭晶片尺寸、波型)、探頭位置及探頭數(shù)量等參數(shù)限定的探頭布置。

(6) 成像路徑。成像算法考慮的超聲傳播路徑(見表1)按如下界定：發(fā)射陣元至某一像素點的波程(可選直接波程或間接波程)；某一像素點至接收陣元的波程(可選直接波程或間接波程)；每一波程的波型(一次波，或二次波包括變型波)。

(7) 雙全法顯示。需作進一步評定的缺陷圖形或干擾信號。即需識別的真假顯示；真顯示為缺陷顯示，要進行定位、定性、定量的顯示；假顯示指包括幾何信號及其他偽影的顯示。

(8) 掃查增量。機械掃查或電子掃描方向上，連續(xù)數(shù)據(jù)的采集點間距。

(9) 半矩陣捕獲(HMC)。使用超聲陣列探頭的特定數(shù)據(jù)采集過程，陣列中所有陣元依次發(fā)射聲波，只有先前發(fā)射中未用于發(fā)射的陣元，或只有先前發(fā)射中使用的陣元(包括當前發(fā)射的陣元)，才可用于接收每個發(fā)射脈沖，其目的是利用信號互易性，限制收集的數(shù)據(jù)量。半矩陣捕獲(HMC)結果為A掃信號量從N2減為N(N+1)/2。半矩陣捕獲法原理如圖4所示。

圖4 半矩陣捕獲原理示意

(10) 自適應聚焦。基于延時計算結果的聚焦，而延時計算基于參考測試信號。

(11) 網(wǎng)格。關注區(qū)中要計算和存儲圖像的點的集合，由點的位置及點-點在指定方向上的相對距離界定。

3 技術原理

3.1 概述

雙全法和PAUT均使用一個陣列探頭，陣列中每一陣元均獨立于其他陣元。與陣元聲波傳播相關的物理特性，同樣會以類似方式影響雙全法和PAUT這兩種技術的性能。標準ISO/DIS 13588規(guī)定，標準PAUT法是用主聲闌(聲孔徑)產(chǎn)生的聲束進行檢測的。

相比之下，雙全法檢測時一般用全陣列，以獲取最佳的聚焦成像性能，因此有效聚焦檢測區(qū)域應設置在陣列近場區(qū)。PAUT波束也可用雙全法類似方式聚焦，即用大聲闌(聲孔徑)或全陣列產(chǎn)生聲束，使聲壓集中在特定點，應確保這些焦點均在聲闌近場區(qū)內(nèi)。

雙全法可使用的各種成像路徑如表1所示。

表1 雙全法成像路徑

表中，直發(fā)直收表示直接發(fā)射，直接接收，即一次波發(fā)射，一次波接收；直發(fā)間收表示直接發(fā)射，間接接收，即一次波發(fā)射，二次波接收；間發(fā)直收表示間接發(fā)射，直接接收，即二次波發(fā)射，一次波接收；間發(fā)間收表示間接發(fā)射，間接接收，即二次波發(fā)射，二次波接收(一次波為0.5S波；二次波為1.0S波；T為橫波；L為縱波)。

3.2 雙全法與PAUT比較

PAUT可將不同延時值施加到主聲闌陣元上，以控制試件中的超聲波束。這樣可產(chǎn)生由主聲闌各陣元小波相長、相消干涉所支配的波束。在接收階段，基本信號可累加求和，給出一次A掃描。相控陣超聲檢測，除能使波束偏轉(zhuǎn)一系列角度外，每一波束也能受控在主聲闌近場區(qū)聚焦聲壓。

相比之下，雙全法是一種后處理或成像技術，在激發(fā)階段不會在試件中產(chǎn)生波束。傳輸?shù)皆嚰械穆晥鲇山M成聲闌的一個陣元發(fā)射出來，而由此聲場在試件中產(chǎn)生的回波，隨即由聲闌所有陣元記錄下來，F(xiàn)MC數(shù)據(jù)采集過程如圖5所示。聲闌上各陣元一一相繼激發(fā)，而合成回波則由所有陣元記錄下來，此過程稱為全矩陣捕獲。換言之，F(xiàn)MC是聲波信息從聲闌陣元“一發(fā)全收”至“全發(fā)全收”的全矩陣捕獲過程。

圖5 FMC數(shù)據(jù)采集過程示意

圖5所示為全矩陣捕獲過程的各步驟，具體為：① 1#陣元激活，超聲波前射入試件；② 波前抵達試件缺陷前；③ 缺陷反射波朝陣列方向返回；④ 波前抵達陣列陣元前；⑤ 信號被陣列全陣元采集；⑥ 過程持續(xù),激活 2#陣元，重復進行，直到激活聲闌末端N號陣元。圖中，1為1#陣元發(fā)射的波前；2為缺陷；3為接收陣元；4為2#陣元發(fā)射的波前。

隨后，全矩陣捕獲數(shù)據(jù)可用算法進行處理，該算法在數(shù)據(jù)矩陣上操作，以生成試件的缺陷圖像。全聚焦法用于描述將計算延時律施加于全矩陣捕獲數(shù)據(jù)的算法，以使聲能聚焦于給定關注區(qū)(ROI)內(nèi)許多點(像素)上。此成像階段(TFM施用于FMC數(shù)據(jù))計算密集，但現(xiàn)代計算機系統(tǒng)完全可以勝任[1]。

全矩陣捕獲算法的兩個重要計算式如下。

(1) 與所有發(fā)-收陣元對(i，j)和像點P相對應的超聲飛行時間tij(P)，由式(1)計算

(1)

(2) 與各像點超聲飛行時間、波程相應的N×N波幅的總和，由式(2)計算

(2)

式中：Sij為i陣元發(fā)射和j陣元接收的超聲信號疊加到P位置的幅值;tij為聲波陣元i到聚焦點P到陣無j所需延時值。

4 表面條件和耦合要求

雙全法檢測時表面條件至少應滿足ISO 16810：2014要求(即掃查表面應無污垢、松散氧化皮、焊接飛濺等；應有足夠均一的外形和光潔度；能保持聲耦合良好；工件表面特征如會引起誤判，檢測前應予清除)。這是因為檢測時通常都只用單一陣元作發(fā)射體，且任何衍射信號都可能較微弱，若表面狀態(tài)差，會使得信號質(zhì)量下降，從而嚴重影響檢測的可靠性。

檢測時可使用不同的耦合介質(zhì)，但其類型應與被檢材料匹配。檢測過程中，耦合介質(zhì)特性應保持恒定；應處于適于使用的溫度范圍。

5 檢測前需知

檢測開始前，操作者應有權查閱指定的資料，包括：① 檢測目的和范圍；② 報告判據(jù)；③ 進行檢測的制造或運行階段；④ 母材類型或產(chǎn)品形式(鑄造、鍛造、軋制)；⑤ 幾何形狀特征(特別是用反射法時)；⑥ 可達性、表面狀態(tài)及溫度要求；⑦ 與焊后熱處理相關的檢測時間(有則指明)；⑧ 驗收條件和定量方法應由規(guī)范規(guī)定，檢測前提供(為應用案例編寫檢測程序時采納)。

懷疑材料各向異性時，例如奧氏體不銹鋼，應特別注意頻率和波型的選擇。

6 檢測人員

遵循本導則的檢測人員，應按ISO 9712:2012或相關行業(yè)同等標準認證，經(jīng)認證符合相應UT等級。

操作者除應具備焊縫超聲檢測一般知識外，還應熟悉并具有使用雙全法的實際經(jīng)驗。應使用有代表性的試件進行過專門培訓和考核。應使用最后確定的UT工藝和選定的UT設備，對有代表性的試樣(內(nèi)含類似于預期缺陷的自然或人工反射體)，進行具體培訓和考核(這些培訓和考核結果應有記錄文檔)。

7 檢測設備

7.1 概要

FMC采集過程需有一系統(tǒng)，能逐一觸發(fā)陣列探頭單一陣元發(fā)射，并接收陣列中各陣元信號，也可使用包括自適應法的其他采集方法(見附錄B)。

TFM過程需要快速處理能力和大存儲容量，以處理由FMC采集獲取的大量數(shù)據(jù)。也可在內(nèi)存容量較小的情況下使用替代法[如基于平面波成像(PWI)]。

7.2 超聲設備和顯示

雙全法設備可顯示與常規(guī)相控陣超聲設備類型相同的圖像(B掃、C掃、D掃)，也可提供其他類型的圖像(如立體合并視圖等，見ISO/DIS 23865:2020附錄D)。

雙全法檢測用超聲設備，應符合標準ISO 18563-1-2015要求。

設備應能獲得全部或部分矩陣，對信息可自行處理或輸入計算機作后處理。超聲系統(tǒng)的帶寬設置應足以能接收頻率為探頭中心頻率的兩倍信號，且高、低通濾波器應適當設置，如高通設置不高于中心頻率的一半，低通設置至少為中心頻率的兩倍。參數(shù)選用的具體數(shù)值，應在書面程序中明確規(guī)定。

TFM處理后的可視化數(shù)據(jù)一般為關注區(qū)或TFM區(qū)。關注區(qū)是像素網(wǎng)格，每一像素均代表一區(qū)域計算出的波幅(見ISO/DIS 23865:2020附錄B)。網(wǎng)格一般為有規(guī)則的矩形，通常首選規(guī)則網(wǎng)格(可優(yōu)化，以提高幀頻——每秒幀數(shù))。

選定的網(wǎng)格間距應足夠小，以能檢出相關缺陷。應選擇圖像內(nèi)數(shù)據(jù)點最小空間分辨率(即像素間距、節(jié)點)，要使探頭位置小偏差時，參考反射體波幅穩(wěn)定在容差范圍內(nèi)。ISO/DIS 23865:2020附錄C給出了波幅穩(wěn)定性的校驗指南。

7.3 陣列探頭

任何線陣或矩陣探頭均可用于FMC采集，但該標準僅限于使用線陣探頭。雙全法檢測用超聲陣列應符合ISO 18563-2：2017 《無損檢測-PAUT設備的表征和驗證-第二部分：探頭》的要求。

TFM過程需要得到陣元相對于試件的位置信息(包括楔塊延遲聲程)以計算與成像路徑相關的聲束飛行時間。視應用，可使用與試件直接接觸的探頭，也可用有延遲聲程的斜探頭或水浸探頭。

為得到高質(zhì)量圖像，陣列探頭需具有以下特性：① 芯距足夠小，以免空間混疊；② 陣元阻尼高，以減小超聲波列長度；③ 陣元足夠小，應避免有太多指向性；④ 聲闌尺寸適當，以在距探頭一定距離處成像(TFM算法在探頭近場區(qū)有最佳結果)；⑤ 楔塊尺寸優(yōu)化，以確保功效。

通常，滿足上述要求的探頭，其相對帶寬 > 60%，陣元芯距<超聲脈沖半波長(即e<λ/2)。

主聲闌中失效陣元數(shù)的規(guī)定為：16陣元中失效陣元不得多于1個，且失效陣元不得相鄰(若不達標，仍用此探頭時，須有相應技術證明)。相控陣超聲探頭主聲闌和副聲闌如圖6所示，圖中A為調(diào)控激活方向的主聲闌；H為陣元高度(固定)，或稱副聲闌；P為芯距，相鄰兩陣元中心間距；e為單一陣元寬度；g為相鄰陣元間距。相控陣超聲探頭陣列主、副聲闌與超聲波束的相關性示意圖7所示[2]。

圖6 相控陣超聲探頭主聲闌和副聲闌關系示意

圖7 相控陣超聲探頭陣列主、副聲闌與超聲波束的相關性示意

7.4 掃查器械

為使圖像(采集數(shù)據(jù))保持一致性，要使用導向裝置和掃查編碼器。

在主掃查方向上，掃查增量的設置取決于被檢工件的壁厚，推薦值如表2所示。在垂直于主掃查的方向上，掃查增量的設置應確保檢測的體積覆蓋范圍。掃查速度應仔細調(diào)整，以適應設備性能。

表2 主掃查方向與壁厚相關的掃查增量 mm

掃查器的另一功能是提供定位數(shù)據(jù)，以生成與位置相關的雙全法圖像。

需要注意的是，雙全法掃查器可為電動或手工驅(qū)動，應有適當導向裝置導引；探頭位置容差取決于應用情況，應在檢測程序中指明；掃查速度應與所用設備匹配，以免數(shù)據(jù)丟失。

7.5 采樣頻率

采樣頻率至少應為探頭標稱中心頻率的5倍。若使用A掃描插入法(上采樣)，則硬件采樣頻率可減為探頭上限頻率(-6 dB)的3倍。

根據(jù)奈奎斯特采樣定理，理論極限是信號上限頻率的兩倍。但在A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換前，應對非理想濾波器提供額外裕度。

7.6 數(shù)據(jù)處理

基于超聲飛時(發(fā)射陣元→成像點→接收陣元)對A掃描數(shù)據(jù)進行處理的過程，通常稱為成像。這是TFM的基礎。為改善所得圖像質(zhì)量，所用處理算法還可以考慮某些物理變量，如指向性、擴散度、衰減度、反射率、透射參數(shù)等。

類似技術的詳細說明，見ISO/DIS 23865:2020附錄B，如全聚焦法(TFM)、采樣相控陣法(SPA)、反波場外推法(IWEX)等。

一旦數(shù)據(jù)處理成圖像，還可用附加圖像處理方法(如包絡法等)，進一步優(yōu)化顯示。

7.7 缺陷顯示測評

推薦的測量方法有以下兩種。

(1) 從缺陷顯示不同點(如端部)提取散射(衍射)信號，根據(jù)衍射信號圖像，測評缺陷的顯示尺寸。

(2) 用相對于回波峰值的波幅降落法，測評缺陷的顯示尺寸。

根據(jù)案例應用，也可采用其他測量方法。

8 各種成像路徑

關注區(qū)或TFM區(qū)處于聲波從發(fā)射陣元到接收陣元的傳播路徑(包括界面反射)中，可從不同方向，利用反射和衍射信號對關注區(qū)內(nèi)的缺陷進行成像。

無向缺陷，即體積型缺陷會導致多向反射，而定向缺陷，即面積型缺陷棱邊會導致多向衍射，通常可通過改變涵蓋缺陷區(qū)域的各種成像路徑來進行檢測。利用最新開發(fā)的聲學影響圖(AIM)可對雙全法檢測成像路徑布置進行優(yōu)化。

一般來說，對定向缺陷(面積型缺陷)，最好通過如表3所示的成像路徑來檢測，即缺陷的入射角α和反射角β符合下列任意一種特征：①α=β=90°；②α≈β；③ 符合斯涅爾定律(缺陷處有波型轉(zhuǎn)換時)。

表3 定向缺陷(面型缺陷)不同成像路徑的特征

9 檢測準備

9.1 概要

檢測目的應由規(guī)范規(guī)定。因此，應確定檢測體積。被檢工件表面溫度應為0 ℃50 ℃。溫度若超出此范圍，應驗證設備的適用性。

TFM類成像法需了解諸多相關參數(shù)，如測量系統(tǒng)、陣列、幾何設置和材料特性等。這里概述與成像相關的參數(shù)。

9.2 系統(tǒng)校驗

系統(tǒng)校驗、調(diào)節(jié)應考慮陣元靈敏度，失效陣元以及楔塊參數(shù)(聲速、角度、尺寸)等。

這些項目的跟蹤應按檢測程序規(guī)定出具校正記錄報告。需校驗項目至少應包括：① 校準檢查；② 覆蓋范圍檢查；③ 靈敏度檢查和調(diào)整；④ 達到相應檢測等級需考慮的設置；⑤ 定量、表征、評定(表面和內(nèi)部缺陷)；⑥ 工藝規(guī)定要素；⑦ 校準試塊、參考試塊、評定試塊；⑧ 報告設定要素。

9.3 靈敏度校正

對一般情況，可用φ3 mm橫孔校正靈敏度(例如ISO 19675-2017中的PAUT校準試塊)。

若應用需要，且處理過程不考慮所有傳播效應，則可采用波幅校正。TFM的波幅校正類似于TCG(時間校正增益)或ACG (角度校正增益)相控陣校驗。探頭置于參考試塊上，在一組位于不同深度的橫孔上方移動(可用仿真法校正靈敏度)。

如圖8所示，令探頭在橫孔上方移動，記錄各橫孔回波幅度。此時，對關注區(qū)每條垂直線，對各橫孔均可測得相應波幅值。隨后，將各橫孔波幅調(diào)到基準線，測出所需增益值，以此完成橫孔波幅深度校正。對橫孔之間的點，其波幅增益值可用插值法求得(圖中1為橫孔;2為參考試塊;3,4為探頭移動方向)。

圖8 橫孔靈敏度校正示意

按關注區(qū)或TFM區(qū)深度范圍，所用參考試塊需具有的橫孔數(shù)量也不同，具體要求如表4所示。

表4 靈敏度校正用橫孔數(shù)

9.4 靈敏度設置

需要時，檢測靈敏度須在代表要檢測的缺陷的反射體上進行設置和驗證。

采用多種成像路徑(TTT，TTL)時,需分別校準靈敏度。視應用情況，也可按被檢工件幾何條件或噪聲水平來進行設置、調(diào)整。

9.5 網(wǎng)格設置

網(wǎng)格設置關系到雙全法的圖像分辨率。對基本雙全法來說，若網(wǎng)格點間距小于λ/5(λ為波長)，可得穩(wěn)定波幅[此規(guī)定值見ISO/DIS 23865:2020附錄C.1.3。波幅穩(wěn)定性驗證程序中，要求關注區(qū)偏移量的增量值小于λ/20 (即隨探頭頻率、波型而異)，見同附錄C.2.3]。網(wǎng)格校驗指南詳見ISO/DIS 23865:2020附錄C。

10 檢測程序

進行任何超聲檢測，均應制定書面檢測程序。除標準ISO/DIS 23865:2020提出的要求，至少還應包括以下各項細節(jié)：① 被檢產(chǎn)品說明；② 參考文件；③ 檢測人員資質(zhì)；④ 檢測對象狀態(tài)；⑤ 檢測區(qū)域；⑥ 掃查表面準備；⑦ 耦合介質(zhì)；⑧ 檢測設備說明；⑨ 環(huán)境條件；⑩ 校驗和調(diào)整；掃查布圖；檢測操作程序和說明；記錄和評定等級；缺陷表征；待用成像路徑。

應用具體條件和雙全法的施用，取決于被檢產(chǎn)品類型和具體要求，并應在書面程序中作交代。對在役檢測，建議用含自然缺陷的檢測試塊，驗證檢測程序的有效性。按檢測目的和產(chǎn)品類型，有關設置和圖像示例的詳細建議，詳見附錄D。

焊縫檢測，采用ISO 23864:2020 《焊縫無損檢測-超聲檢測-使用(半)自動全矩陣捕獲/全聚焦技術》標準。

首次檢測前，應按規(guī)范要求，進行適當?shù)某绦蝌炞C。此驗證包括檢出所有要求的反射體,定量和分類性能,以及深度和寬度覆蓋范圍的證明等。

11 數(shù)據(jù)存儲

與PAUT相比，雙全法一般會收集到大量A掃描數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對應于陣列探頭所有發(fā)-收組合。圖像用采集硬件或連接采集硬件的計算機上的A掃描矩陣計算。兩種情況下，A掃描數(shù)據(jù)量可能很大而不易儲存。

構建的圖像及應用的成像參數(shù)和處理步驟，應存儲在硬盤或IT(信息技術)服務器等數(shù)字存儲介質(zhì)上，供以后查閱。

12 雙全法數(shù)據(jù)解析

12.1 數(shù)據(jù)解析流程

雙全法數(shù)據(jù)解析流程如下：① 評定雙全法數(shù)據(jù)質(zhì)量；② 識別相關顯示；③ 對相關顯示按規(guī)定定位、定量；④ 對相關顯示按規(guī)定分類；⑤ 按驗收標準判定合格與否。

12.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評定

雙全法檢測只向生成滿意的圖像，才可作出把握的評定。而網(wǎng)格分辨率、波幅保真度、圖像信噪比，是雙全法圖像質(zhì)量的重要指標。滿意的圖像有如下界定標準：① 耦合良好；② 時基調(diào)整良好；③ 靈敏度調(diào)整適當；④ 信噪比良好；⑤ 有飽和度指示；⑥ 數(shù)據(jù)采集達標。

雙全法圖像質(zhì)量評定要求操作者技能熟練、經(jīng)驗豐富(見第6節(jié))。書面檢測工藝應根據(jù)應用給出要求，若圖像不滿意，要求數(shù)據(jù)重新采集(重新掃查)。

12.3 相關顯示識別

雙全法檢測中，工件缺陷和幾何特征都會形成顯示。為識別幾何特征顯示，需了解工件細節(jié)。為判定圖像是否為由缺陷引起的顯示，并評估聲傳播模式或干擾時，應考慮其幾何形狀和一般噪聲水平的信號幅度。

根據(jù)應用，書面檢測工藝中應提出信號評定的有關細則。

13 檢測報告

雙全法檢測報告應符合標準ISO 16810：2012要求,另外，還應包括以下內(nèi)容：① 檢測試件，校驗試塊，參考試塊；② 探頭型式、頻率、角度、相對于參考線的位置；③ 已檢出的相關顯示的圖像，并至少標出位置；④分辨率、覆蓋范圍及網(wǎng)格分辨率檢查結果(見ISO/DIS 23865:2020附錄C)。

應記錄下所用雙全法檢測相關設置，此記錄應包括：① 靈敏度設置；② 采集過程；③ 成像過程；④ 關注區(qū)細節(jié)； ⑤ 所用成像路徑；⑥ 掃查布圖；⑦ 定量、表征方法。

14 補償修正

壁厚變化會引起成像路徑(包括后壁反射)生成的缺陷圖像顯示出現(xiàn)散焦、錯位的現(xiàn)象。對此可在后處理中作補償修正，或用自適應成像法進行修正。

由晶粒組織拉長(如鋼材軋制產(chǎn)生)引起的各向異性，會造成缺陷顯示散焦。對此可通過限制聲闌、使用小角度波程、使用相關于角度的聲速或使用自適應算法，作補償修正。

制造或焊接方法產(chǎn)生的幾何形狀不規(guī)則，會造成工件表面不平整，以致聲束在表面發(fā)生反射或透射，而引起缺陷顯示出現(xiàn)散焦，對此可用自適應算法補償修正。

全矩陣捕獲的一個潛在問題是，每次只觸發(fā)一個陣元發(fā)射脈沖，探頭發(fā)射聲能有限。因而，此聲束能量會在衰減性或很厚的材料中擴散，不能透射到缺陷位置。對此，可選用更合適的探頭或使用多陣元發(fā)射法采集，進行補償修正。

若溫度超出9.1節(jié)規(guī)定范圍(即0°C以下或50°以上)，則應使用與被檢工件同材料參考試塊(內(nèi)含所需關注區(qū)橫孔)，在與被檢工件相同溫度條件下，校正成像特性。

其他超聲技術也受上述這些特性影響。值得注意的是，在其他超聲技術無能為力的情況下，雙全法仍可對工件進行高質(zhì)量檢測。

15 解讀補遺

15.1 標準面世過程

國際標準草案ISO/DIS 23865:2020(E)已提交所有成員國表決(征詢時間為2020-1-9～4-2)。2018年6月10日曾以國際焊接學會IIW名義發(fā)布的兩標準是IIW Ⅴ-1842-18《超聲雙全法檢測一般用法》及IIW Ⅴ-1843-18《焊縫超聲雙全法自動檢測》便是該草案的前身。我國是ISO和IIW兩國際機構的主要成員國，對雙全法這兩份國際標準草案發(fā)表了重要的意見。

15.2 檢測程序評定

雙全法檢測應按書面程序進行，檢測程序卡應至少包含表5中的要求。由于過程或設備特殊，重要變量需增補時，也應在卡中注明；每一重要變量均應規(guī)定一個數(shù)值或數(shù)值范圍。

軟件修正一般不要求程序重新評定，除非存在影響超聲信號的顯示、記錄或自動處理的變化。軟件修正應有文檔對應儲存，以便查閱。

檢測程序卡制定后須在含缺陷試樣上作演示驗證評定，以確認其達標。雙全法檢測程序卡的制定和評定內(nèi)容如表5所示(內(nèi)容引自ASME BPVC-2019第Ⅴ卷第四章表Ⅺ-421.1-1)。

表5 雙全法檢測程序評定內(nèi)容

16 結語

(1) 以解讀ISO/DIS 23865:2020為例，簡述了當今全矩陣捕獲(FMC)和全聚焦法(TFM)檢測技術標準化的最新動態(tài)。

(2) 分析了包括數(shù)據(jù)采集、信息處理、成像路徑、靈敏度校正、網(wǎng)格驗證、顯示識別、補償修正等在內(nèi)的雙全法規(guī)范化操作的要訣。

(3) 為確保檢測質(zhì)量，建議預先創(chuàng)建仿真靈敏度圖，并通過驗證測試給出仿真結果，以此來確認數(shù)據(jù)是否準確、有效且可靠。

(4) 采用信號包絡可進一步改善表征，并提高相對于標準振蕩TFM圖像的采集率。波幅保真度，網(wǎng)格分辨率，圖像信噪比是確保雙全法圖像質(zhì)量的關鍵三要素。

(5) PAUT在行業(yè)內(nèi)已成功應用20余年，其應用案例眾多，同時該技術的性能及局限性，已早有定論。雙全法的理論與工業(yè)實踐則有待充分開拓，國內(nèi)標準化亦需急步直追！