Page 51 - 无损检测2025年第一期

孙留鹤，等：

相控阵相位相干成像技术在厚壁球铁件晶粒度测量评价中的应用

效率低，且属于破坏性检验，因此迫切需要采用更加
可靠和高效的无损检测方法来评估主轴铸件的整体
致密性。
风电主轴通常采用QT500-14高强度牌号的球
墨铸铁制造，铸造工艺为全铁模铸造。根据铸造理
论，铁模对铸件的激冷效果由外到内逐渐减弱，靠近 图 2 平底孔的 PCI 成像效果
冷铁区的部分具有石墨数量多、石墨球径小且分布 文章对大量实物标块、模拟试块以及对比试块
均匀的特点，石墨的圆度和完整度也较好；远离冷铁 进行试验，结合金相检验数据进行比对分析发现，
区的部分则石墨较大，大石墨的析出减少了石墨数 使用PCI技术对球墨铸铁厚壁材料的整体致密性
量，石墨的圆整度易受到影响。金相组织与铁模冷 （粗晶情况）进行检测，可以评估厚壁横截面的粗晶
铁激冷效应直接相关，即激冷效应越显著，金相组织 情况，确定铁模的冷铁激冷效应对铸件材料的影响
的致密性和均匀性越好，反之则致密性和均匀性较 边界。
差，表现为粗晶。
2 试验设备与器材
文章采用先进的相控阵相位相干成像（Phase
coherence imaging，PCI）无损检测技术，对厚壁球墨 2.1 相控阵仪器
铸铁材料的致密性和均匀性进行相关测试，测试过 文章采用艾因蒂克科技（上海）有限公司（以下
程参考边界铸造工艺和边界球墨铸铁材料特性等相 简称艾因蒂克）生产的全聚焦相控阵探伤仪（型号
关理论，旨在反映球墨铸铁材料的致密性、均匀性等 为Phaseye FMC 64/128PR）进行试验。该探伤仪是
关键性能。 新一代集全矩阵采集、全聚焦、PCI显示、3D功能于

1 PCI技术基本原理 一体的缺陷检测仪，实物如图3所示。其性能与指
标满足标准ISO 18563-1：2022《无损检测 相控阵超
文章对球墨铸铁厚壁材料的整体致密性进行检 声设备的特性和验证 第1部分： 仪器》的要求。
测，尝试应用PCI技术对其进行表征。
PCI的数据采集过程是全矩阵 （Full matrix
capture，FMC）采集过程，依次激活相控阵探头中的
晶片，确保所有晶片在接收端接收到来自激发信号
的回波信号。平底孔的全聚焦成像效果如图1所示。

图 3 Phaseye FMC 64/128PR 相控阵设备实物
2.2 探头
试验探头采用艾因蒂克自主研发的型号为
3. 5L64-1. 0x7-MNW1-F5-D3的相控阵探头，该探头
晶片类型为单线阵列，中心频率为3. 5 MHz，主轴
阵元数量为64，阵元总长度为64 mm，晶片高度为
图 1 平底孔的全聚焦成像效果 7. 0 mm，晶片间距为1 mm。探头表面贴有保护膜，无
PCI的数据处理过程不基于幅值的叠加，而是基 需使用楔块，性能与指标满足标准ISO 18563-2：2017
于相位的叠加得到检测图像，与常规的超声和相控 《无损检测 相控阵超声设备的特征和验证 第2部分：
阵检测技术截然不同。平底孔的PCI成像效果如图2 探头》的要求。
所示，可见，两个平底孔边缘信号更强，而中间平面 2.3 试块
区域信号反而更弱。PCI特殊的数据处理方法使其 试块 1 为QT500-14 材料的短横孔、横通孔对
具备了诸多优点，其中包括对缺陷的测量更精确，0° 比试块，材料内部和表面质量分别满足标准EN
检测可发现靠近底面的缺陷且底面盲区更小，无需 12680. 3：2011《铸造 超声检验 第 3 部分：球墨铸
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进行校准，以及对于极小点状缺陷反应灵敏等 。 铁件》和EN 1369：2011《铸造 磁粉检测》的1级要
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2025 年 第 47 卷 第 1 期
无损检测