相位相干成像（PCI）是我们的OmniScan X4探伤仪使用的一项先进技术；对于那些历来使用传统超声技术很难探测到的缺陷，PCI可大大提高可视化和表征能力。PCI的成像增强功能不仅在这些具有挑战性的应用中表现出色，也改进了焊缝检测和裂纹定量等常见应用。
与当前的超声检测技术[包括传统相控阵（PA）和全聚焦方式（TFM）技术]不同，PCI的信号处理在生成TFM图像时不考虑波幅。它测量的是TFM区域中每个点的基本A扫描的相位相干性，仅通过信号的相位信息来探测到缺陷。
可采用PCI技术克服的挑战
声衰减较强或粗晶粒材料
PCI依赖信号的相位而非波幅，意味着即使在高衰减性或背景噪声较大的材料中，也能评估信号的相干性，因为即使信号波幅较低，也能看到频率分布信息。
事实上，背景噪声越大，PCI越容易区分缺陷信号的相位相干性和混乱噪声的非相干性。这就是为什么在奥氏体钢等粗晶粒材料中，PCI可以获得更好检测结果的原因。
检测小缺陷，尤其是大型反射体附近的小缺陷
例如，我们可以比较一下蠕变损伤的传统TFM图像与PCI模式图像：
在基于波幅的TFM图像（蓝色背景）中，背景噪声和底面回波掩盖了蠕变损伤，而在PCI模式图像（灰色背景）中，蠕变损伤清晰可见。两幅图像均使用10 MHz、64晶片双晶线性阵列（DLA）探头和L-L声波组采集。
由于波幅不再是需要考虑的因素，增益调整和信号饱和也就不复存在。这有助于解决来自底面或其他较大反射体的强回波信号掩盖其附近较小缺陷的问题。
以下是PCI可以发挥强大威力的4个应用案例，当然了，这绝对不是其全部应用潜力：
1. 高温氢致缺陷（HTHA）
高温氢致缺陷（HTHA）是一种很难使用波幅技术检测的损伤机制，尤其是在其早期阶段。这是由多种因素造成的，如缺陷的方向和大小，以及缺陷与底面的距离。
由于PCI仅使用来自基本A扫描的相位信息而不是波幅信息生成TFM图像，因此可探测到处于早期阶段的HTHA。这是因为与底面等大型镜面反射体相比，这些小反射体的衍射响应具有高度的相干性。出于同样的原因，缺陷的方向也不太重要。由于缺陷中的每个小“边缘”都会发出衍射信号，因此可以很容易地看到其方向和方位。
使用PCI（OmniScan X4探伤仪提供的一种成像模式）对HTHA损伤进行成像。
相较于基于波幅的技术，PCI生成的早期HTHA图像效果更好。
2. 湿硫化氢（H2S）损伤
在富含硫化氢（H2S）的环境中因起泡导致的氢致裂纹，给基于波幅的超声检测带来了独特的挑战。使用相控阵或传统TFM进行的0度检测可以轻松看到水泡，但很难或几乎不可能确定水泡是否与表面相连。这是因为声波无法到达水泡与表面的连接处，或者波幅不足以判断水泡扩展的程度。
硫化氢（H2S）诱导起泡缺陷的PCI图像。OmniPC软件中显示的图像是由OmniScan 64:128PR型号探伤仪使用7.5 MHz、64晶片DLA探头和L-L声波组采集的。
使用PCI可以很容易看到这些水泡与表面的连接，因为即使是波幅的微弱的回波信号也能提供相位相干性信息。尽管信号较弱，但仍可评估相位信息，从而可显露这些隐藏但很重要的信息。
3. 应力腐蚀开裂（SCC）
与传统TFM相比，PCI对垂直缺陷具有更高的敏感性，因此在检测和定量应力腐蚀开裂（SCC）时特别有效。使用传统TFM时，通常难以对垂直缺陷可视化，而且还需要使用串列声波组。如果使用串列声波组显示缺陷，通常缺陷的顶部和底部会分属两个不同的组，这就使缺陷表征变得更加困难。这是因为这类缺陷的方向会导致其波幅响应较弱且不稳定。
与之相比，PCI能够可靠地检测这些垂直的不规则缺陷，并在显示屏上清晰地显示出来。此外，使用脉冲回波T-T和TT-TT传播模式时，通常可获得更好的结果。这是因为裂纹方向急剧变化而产生的端点衍射，虽然波幅较低，但其相位响应却具有高度相干性。通过这些端点衍射，您可以轻松识别裂纹的形状和方向，还可以使用“热”端点来准确定量裂纹的大小。
有了PCI，在检测类似SCC的缺陷时，可以使用更少的组来获得质量更好的图像。使用较少的组可以提高设置和数据采集的效率，还可以更容易掌握PCI的使用方法，尤其是对于经验较少的UT检测人员来说。
4. 焊缝检测
PCI技术可以有效地检测焊缝，因为它兼具反射信号的优势（如相控阵，PA）和端点衍射相位信息的优势（如衍射时差，TOFD）。PCI的另一个优势是在扫查相同的区域时所需的组数更少。
对于某些类型的缺陷，PCI有助于对它们进行表征：
- 更轻松地定量。
- 缺陷图像更接近其真实特征。
- 缺陷不太可能被分割到不同的组。
PCI对边缘反射高度敏感，可为您的分析提供准确的缺陷图像，而端点衍射“热点”有助于轻松定量焊缝未熔合（LOF）等缺陷
未熔合：
虽然使用基于波幅的技术可以很容易地看到未熔合（LOF）缺陷，但通常难以确定其大小。未熔合缺陷的信号经常出现饱和现象，因而无法对缺陷进行定量。但在使用PCI时，信号始终不会饱和，所以不存在这个问题。由于未熔合缺陷两端产生的衍射信号，可在缺陷定量时用作参考点，且不必改变增益或找到6 dB的声降，因此可以更快、更轻松地定量未熔合缺陷。
多孔性：
由于波幅响应与背景噪声类似，所以通常难以使用基于波幅的技术检测多孔性。因为PCI对微小缺陷更为敏感，所以使用PCI不仅可以看到孔隙，而且还可以区分和识别单个孔隙。
裂纹：
出于与SCC相同的原因，在检测焊缝时，PCI也是一款识别和定量裂纹的绝佳工具。
以上只是PCI相较于基于波幅的技术，可提供更好结果的几个应用示例，但其优势可以扩展到涉及噪声大或衰减性强的材料和微小缺陷的其他检测。
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该博客文章最初发表于2022年8月30日，并于2024年10月21日更新。
