一、技术概述与发展历程

1.1 基本原理与技术特点

工业水浸超声 C 扫描技术是一种先进的无损检测技术，其基本原理基于超声波在不同介质中传播时产生的反射、折射和散射现象。该技术将被检测物体完全或部分浸入水中，利用水作为耦合介质，将超声波有效地传递到被测样品内部，从而实现对内部缺陷、分层、气泡、裂纹等异常情况的高精度检测。

其核心原理为：

1 超声波传播与反射：当超声波束穿透水介质进入被测材料时，遇到缺陷 (如裂纹、气孔、分层) 或材料界面会发生反射，反射波携带缺陷信息返回探头。

2 成像技术：通过收集反射波信号，系统生成脉冲波形并转化为二维或三维图像，准确显示缺陷位置、大小及形态。

3 水浸耦合优点：水作为超声传播介质，避免了固体界面反射干扰，同时提供均匀声场，提升检测稳定性。

水浸超声 C 扫描技术的主要特点包括：

1. 无损检测：无需破坏被检测物体，即可获取其内部信息，具有非常高的无损检测能力。

2. 高精度成像：通过调整超声波的频率和波束宽度等参数，可以实现高精度成像，分辨率高且图像清晰。

3. 二维成像：超声 C 扫描技术可以实现二维成像，可以直观地显示被检测物体的内部结构，提高了检测效率和准确性。

4. 多模式检测：支持反射式检测和透射式检测两种主要模式，前者适用于表面及近表面缺陷检测，后者通过分析透射波的衰减和相位变化检测内部缺陷。

1.2 发展历程与技术演进

工业水浸超声 C 扫描技术的发展可以追溯到 20 世纪中叶，其发展历程可分为以下几个关键阶段：

1 早期探索阶段 (20 世纪 50-70 年代)：水浸式超声 C 扫描系统起源于 20 世纪中叶，最初主要应用于军事领域。当时，该技术主要用于检测军事装备零部件的内部缺陷，以确保装备的可靠性和安全性。这一阶段的技术特点是设备体积庞大、操作复杂、成像质量有限。

2 技术发展阶段 (20 世纪 80-90 年代)：随着电子技术和计算机技术的发展，水浸超声 C 扫描技术逐渐从军事领域拓展到工业、医疗、科研等多个领域。在工业领域，它开始被用于检测金属材料、复合材料等的内部缺陷，以及焊接质量等。这一时期，系统的自动化程度和成像质量有了显著提高。

3 数字化与智能化阶段 (21 世纪初 - 2020 年)：进入 21 世纪后，随着计算机技术、数字信号处理技术和图像处理技术的飞速发展，水浸超声 C 扫描技术实现了数字化和智能化的重大突破。系统开始具备 A/B/C/D 同时成像能力，图像处理算法也日益完善。

4 全面创新阶段 (2020 年至今)：2020 年以来，水浸超声 C 扫描技术进入了全面创新阶段。安赛斯新一代水浸超声 C 扫描系统，源自美国的优秀超声波检测系统，支持 A/B/C/D 同时成像，同时支持全波形存储，实现离线分析，并且能够在不重新扫查的基础上，通过调节闸门位置，实现二次 C 扫成像。

近年来，水浸超声 C 扫描技术的发展主要体现在以下几个方面：

1. 高频超声波应用：采用 5MHz 以上高频超声波，通过压电陶瓷传感器将电信号转换为超声波，经声学透镜聚焦后作用于被测样品。

2. 三维成像技术：从传统的二维 C 扫描成像发展为三维体成像，能够更直观地显示材料内部结构。

3. 曲面仿形技术：软件可实现曲面仿形，并自动计算出扫查路径，完成复杂异形曲面工件的检测并成像。

4. 全波形存储与分析：支持全波形存储，实现离线分析，并且能够在不重新扫查的基础上，通过调节闸门位置，实现二次 C 扫成像。

5. 智能算法应用：搭载智能成像算法，可将缺陷检出灵敏度提升至传统超声的 8 倍。

二、系统组成与工作原理

2.1 核心设备与系统架构

工业水浸超声 C 扫描系统主要由以下核心设备组成：

1. 超声换能器：将电能转换成超声波振动，再转换成电信号接收反射回来的声波。是超声 C 扫描系统的核心部件，直接影响成像质量。

2. 数据采集卡：负责接收超声换能器传输的电信号，并进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号，以便计算机进行后续处理。

3. 机械运控系统：负责控制超声换能器的移动和旋转，确保扫描的准确性和稳定性，包括步进电机、导轨、丝杠等部件。

4. 超声探伤仪：系统可配备常规超声探伤仪和相控阵超声探伤仪，是产生和接收超声波信号的关键设备。

5. 扫描分析软件：如 UTwin 等专业软件，负责控制扫描过程、处理采集的数据并生成 C 扫描图像。

水浸超声 C 扫描系统的工作流程主要包括以下步骤：

1. 发射超声波：超声换能器发射超声波，通过耦合剂进入被检测物体内部。

2. 超声波传播与反射：超声波在物体内部传播，遇到不同介质界面时发生反射、折射等现象。

3. 接收回波信号：反射的超声波被超声换能器接收，并转换成电信号。

4. 信号处理与成像：对接收到的电信号进行放大、滤波等处理，通过计算机算法进行成像处理，得到被检测物体的内部结构图像。

水浸超声 C 扫描系统的性能主要由以下参数决定：

1. 分辨率：指超声 C 扫描系统能够区分两个相邻物体的最小距离，分为轴向分辨率和横向分辨率，与超声频率、换能器特性、声束宽度等因素有关。

2. 扫描速度：指超声换能器在被检测物体表面移动的速度，影响扫描效率。

3. 步进量：指超声换能器在每次移动时沿某一方向移动的最小距离，影响扫描的密度和成像质量。

2.2 水浸耦合技术的优势与特点

水浸耦合技术是工业水浸超声 C 扫描技术的关键特点，与传统的接触式超声检测相比，具有以下显著优势：

1. 避免固体界面反射干扰：水作为超声传播介质，避免了固体界面反射干扰，同时提供均匀声场，提升检测稳定性。

2. 提高耦合效率：水浸耦合方式能够确保超声能量高效地传输到被测物体中，减少了因接触不良导致的信号损失。

3. 适应复杂形状工件：水浸耦合技术不受工件表面形状的限制，能够对复杂曲面、异形工件进行全面检测。

4. 保护探头和工件：水浸环境可以降低探头与工件表面的摩擦，延长探头使用寿命，同时避免对工件表面造成损伤。

5. 多模式检测能力：支持反射式检测和透射式检测两种模式，前者适用于表面及近表面缺陷检测，后者通过分析透射波的衰减和相位变化检测内部缺陷。

水浸超声 C 扫描系统通常采用以下几种耦合方式：

1. 完全水浸式：将被检测物体完全浸入水中，适用于对检测要求较高、形状复杂的工件。

2. 局部水浸式：只将被检测部位浸入水中，适用于大型工件或不适合完全水浸的情况。

3. 水幕式：通过水幕将超声能量传输到工件表面，适用于连续生产线的在线检测。

（本文未完，待续）