超声波用于工业无损检测（NDT）已经约有一个世纪。早期的超声检测（UT）涉及单晶探头，还是一种相对简单的技术，至今仍在使用，而且足以满足许多应用的需求。
随着时间的推移，超声技术也在不断进步。人们使用多晶片探头和更强大的电子设备和软件，取得了很大的进步，提高了无损检测性能和效率。超声技术的进步催生了相控阵超声检测（PAUT），目前这种技术已成为一种广受欢迎、广泛应用的技术，尽管与常规超声检测相比，要正确完成相控阵检测需要更多的培训。
全聚焦方式（TFM）超声技术是在复杂性方面的又一次飞跃。全聚焦方式（TFM）虽然利用多晶片探头技术，所需的却是通过全矩阵捕获（FMC）方式采集的数据。全矩阵捕获（FMC）是一种更全面的声束发射和接收策略，所生成的数据量叹为观止。
TFM成像依赖于对如此大量的FMC数据进行处理，因此获得了较慢技术的名声，人们认为这种技术仅适用于补充性、更有针对性的验证检测。使用和试验了TFM一段时间后，我总结了几点该做和不该做的建议，希望能消除人们对这种相对较新的NDT方法的一些误解。
1. 避免假设一种模式适合所有应用
如果您像我一样有着PAUT背景，那么在接触TFM时，您可能已经对脉冲回波（P/E）技术非常熟悉了。脉冲回波的声程概念理解起来相当容易。在脉冲回波（P/E）的第一段检测声程中，探头发出声束脉冲，传播到缺陷，再从缺陷反射，并返回到探头。在第二段检测声程中，底面会再次使声束反射。
而TFM的声程概念就不是那么简单了。为了生成TFM图像，采集仪器需使用FMC数据以合成方式重新生成声程。通过将不同声波类型（纵波或横波）和不同声程段组合在一起，仪器可提供多达10种TFM模式（也称为波型组）选项，例如TTT、TLT或TTTT。
要解读这些TFM波型组，需要知道每个字母代表一段声程，以及声波在这段声程传播的模式 — T代表横波，L代表纵波。TFM波型组的声束可以有额外的反弹，这在相控阵脉冲回波检测中不常看到。一些仪器，例如OmniScan X3相控阵探伤仪，甚至可以提供5T波型组（TT-TTT）的选项。
有了所有这些选项，您又如何为您的检测选择正确的波型组呢? 以下是一些需要考虑的重要因素：
- 缺陷类型
- 缺陷位置
- 曲率或工件的几何形状
目标缺陷和被测工件的这些特征会影响每个波型组的探测能力。
为了证明这一点，我提供了为同一个焊缝内壁裂纹生成不同TFM图像的示例。
我的第一个示例显示了在脉冲回波模式下使用TTTT波型组时在OmniScan X3屏幕上显示的信号响应（类似于PAUT使用第二段声程的检测）。
虽然检测到了某些东西，但信号并不理想，而且这个信号指示有可能被忽略。现在，如果当探头仍在同一个内壁裂纹上，而我们将模式切换为串列模式下的TTT波型组时，显示屏上会突然“弹出”缺陷指示!
在这种情况下，声波在触碰内壁裂纹反射体之前先从底面反弹，其所获得的与缺陷的垂直度要大得多，因此TTT波型组可使缺陷完美地呈现出来！（与传统UT一样，您也希望获得尽可能接近90°的反射。）
对于内壁裂纹，这两种不同的TFM模式提供了截然不同的检测结果。对于不同深度和不同方向的不同反射体也是如此。一种模式通常不足以涵盖所有情况。
温馨提示：一定要确保您的声速和厚度参数准确无误
同样，如果您具有PAUT背景，您可能有估算材料声速的习惯。您可能很想输入标准的0.2320英寸/微秒或5890米/秒，并认为这就可以了。然而，对于TFM来说，尤其是在使用具有多次额外反弹的串列模式时，我们不能掉以轻心、冒险猜测。
为了证明这一点，请看一下在尝试使用TTT波型组探测内壁裂纹时，2.5 %的变化所带来的差别。
半跨（TTT）声速值相差5%，会导致垂直裂纹上的信号完全丢失。这种对声速准确性的要求同样适用于工件的厚度和几何形状。如果输入的厚度值和几何形状值不准确，信号将不再会在预期的位置反弹，从而导致计算不准确。
2. 确保使用合适的探头聚焦TFM区域
全聚焦方式（TFM）成像还以在整个TFM区域提供均匀聚焦而闻名。然而，这并不完全正确。TFM与相控阵和传统UT一样，都受相同的物理定律制约。例如，您仪器的TFM成像性能取决于您所用相控阵探头的能力。
就像在PA和UT检测中一样，探头的物理特性，如其晶片尺寸和频率，对所产生的声束特性有着一定的影响，即近场长度、声束直径、声束扩散角等，进而也会影响TFM区域的聚焦。请看下面使用三种不同探头获得的三张TFM图像，图像中显示了竖向排列的几个横通孔（SDH）的缺陷指示。
请阅读博客：哪种相控阵探头适合您的全聚焦方式检测?”，了解更多有关探头选择对TFM影响的知识。
3. 不要低估波幅保真度的重要性
什么是波幅保真度，为什么这个术语成为TFM的热门词汇?
波幅保真度（AF）是缺陷指示由全聚焦方式（TFM）网格分辨率引起的最大波幅变化的测量值（单位为dB）。通俗地说：这个值决定了在您的图像质量变得太像素化而无法清楚地看到缺陷之前的网格的粗糙程度。通过调整波幅保真度（AF），您试图确保像素的大小与波长的大小相适应。像素大小与超声波束的波长之比非常重要。就像在进行PAUT检测中，当数字频率太低时，可能会错过信号的峰值一样，在进行TFM检测中，如果像素太大，可能意味着看不到缺陷指示的峰值波幅。
影响波幅保真度的因素有很多：探头频率和带宽、材料声速、网格分辨率，以及是否应用包络等。管理TFM的检测规范（例如ASME）通常建议波幅保真度不超过2分贝（dB）。
您怎么知道您的波幅保真度是否超过了理想水平? 很简单：只需查看一下波幅保真度（AF）读数即可，因为OmniScan X3相控阵探伤仪等仪器会帮您计算这个值。此外，OmniScan X3仪器的TFM包络功能可以实现比波幅振荡的标准TFM图像更快的采集速率，同时还能保持优化的波幅保真度设置，因此当您下次为获得正确的波幅保真度而苦恼时，请务必尝试包络功能！
请阅读白皮书：“包络功能使全聚焦方式更出色”，了解更多有关我们创新型TFM包络的知识。
4. 充分利用声程模拟器和建模工具
您可以利用所掌握的所有软件工具来预测TFM检测的结果。
在开始进行TFM检测之前，请使用声学影响图（AIM）建模工具等模拟器验证特定探头、楔块和波型组的组合可以实现的覆盖范围和灵敏度。AIM工具还考虑到了目标缺陷类型和探头的角度偏移。我们可以使用这个AIM工具检查所有波型组，并在不同的反射体上测试每个波型组，直到找到合适的波型组。
AIM波幅图的颜色清楚地表明了TFM波型组将在关注区域（ROI）中覆盖的范围。
红色区域表示超声响应非常好，超声响应与最大波幅的距离在0 dB到−3 dB之间。橙色区域的超声响应与最大波幅的距离在−3 dB到−6 dB之间。黄色区域的超声响应与最大波幅的距离在−6 dB到−9 dB之间。
请观看此网络研讨会：声学影响图（AIM）— 用于TFM检测的建模工具，了解有关使用AIM的更多信息。
5. 使用多种模式优化覆盖范围
最后但并非最不重要的一点是，有些仪器可使您同时使用多种模式! 例如，您可以在OmniScan X3的屏幕上同时运行和显示最多四种TFM模式的结果。请充分利用这个优势，确保您不会遗漏任何意料之外的缺陷!
如果你渴望了解更多知识，请阅读有关全聚焦方式（TFM）的常见问题解答。
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