焊接是一種以加熱，高溫或者高壓的方式接合金屬材料的制造工藝及技術(shù)，各種型式的焊接接頭在石化裝置中應(yīng)用廣泛，并且在承壓類特種設(shè)備的制造中占有十分重要的地位。因此，焊接接頭的質(zhì)量對承壓類特種設(shè)備的安全使用起著十分重要的作用。

            焊接是一種以加熱，高溫或者高壓的方式接合金屬材料的制造工藝及技術(shù)，各種型式的焊接接頭在石化裝置中應(yīng)用廣泛，并且在承壓類特種設(shè)備的制造中占有十分重要的地位。因此，焊接接頭的質(zhì)量對承壓類特種設(shè)備的安全使用起著十分重要的作用。

            1.相控陣超聲檢測技術(shù)簡介

            相控陣超聲檢測是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制相控陣探頭進(jìn)行聲波發(fā)射與相位移動，從而得到靈活可控的合成波束對工件進(jìn)行陣列掃查的。其檢測靈敏度、分辨力和信噪比均優(yōu)于常規(guī)超聲檢測技術(shù)。

            2.相控陣超聲檢測的優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾方面:

            ①檢測圖像可以用三維成像顯示，能直觀顯示出缺陷的三維定位，缺陷的定位準(zhǔn)確性提高，大大降低了缺陷錯判、誤判和漏判的風(fēng)險(xiǎn);

            ② 缺陷回波的反射與焊縫結(jié)構(gòu)三維成像圖像化顯示，能更精準(zhǔn)地判斷缺陷，更容易地區(qū)分出非缺陷信號與缺陷信號，利于進(jìn)行復(fù)雜形狀和在役零件的檢測;

            ③聲場聚焦方式由分段動態(tài)聚焦向?qū)崟r或自適應(yīng)動態(tài)聚焦發(fā)展，提高了儀器的垂直分辨力，檢測靈敏度進(jìn)一步提高，缺陷測量更加準(zhǔn)確;

            ④無需更換不同角度的探頭，沿焊縫方向掃查即可完成對整條焊縫的檢測，運(yùn)用模擬仿真技術(shù)，可對圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

            這些優(yōu)點(diǎn)使得相控陣超聲檢測技術(shù)在承壓類特種設(shè)備的復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。

            3.制作焊接模擬試樣及聲場仿真

            對角焊縫進(jìn)行相控陣超聲檢測前，采用模擬仿真技術(shù)來確定探頭與焊縫邊沿的距離，來滿足各種不同聲束角度對整個焊縫區(qū)域的全覆蓋。在實(shí)際檢測時，為驗(yàn)證重點(diǎn)部位焊縫內(nèi)部是否可靠檢出，可制作人工缺陷焊接模擬試樣進(jìn)行檢測試驗(yàn)。

            為了研究角焊縫的全范圍掃查，實(shí)現(xiàn)對角焊縫的聲場全覆蓋，確保檢測靈敏度和缺陷的檢出率，制作了含熔合面裂紋缺陷的L型焊縫(單v形坡口)以及含未熔合埋藏缺陷的 T型焊縫(K形坡口)。試樣實(shí)物與結(jié)構(gòu)參數(shù)分別如圖1和表1所示。

            在檢測過程中相控陣探頭不需要前后移動，只需要確定焊縫與探頭前端的距離，以保證聲束能全部覆蓋整個被檢區(qū)域，然后沿著焊縫方向移動進(jìn)行掃查。選擇頻率為4MHz，16晶片，晶片間距為0.5mm的探頭，角度為36°的斜鍥塊。相控陣超聲檢測掃查角度為35°~69°，探頭前端面距焊縫邊沿約45mm，當(dāng)探頭前后移動時距焊縫邊沿約55mm，可以保證聲束入射點(diǎn)一、二次波能完全覆蓋焊縫及熱影響區(qū)。聲束覆蓋示意如圖2所示。

            4.相控陣檢測校準(zhǔn)設(shè)置

            在相控陣超聲檢測中各個角度的增益補(bǔ)償至關(guān)重要，因?yàn)椴煌嵌戎g回波的反射率不同，所以應(yīng)先進(jìn)行DAC(距離-幅度)曲線修正。

            靈敏度設(shè)置:參照GB/T32563-2016標(biāo)準(zhǔn)中的靈敏度設(shè)置;掃查靈敏度選擇方法是將DAC曲線的(直徑x深度)2mmx40mm橫孔回波最大聲程處調(diào)整至滿屏的40%高度。

            5.相控陣超聲檢測

            在焊接模擬試樣上按照工藝設(shè)置，進(jìn)行相控陣超聲檢測，通過分析比對檢測結(jié)果，驗(yàn)證超聲相控陣工藝的有效性。

            L型焊縫(單v坡口)的檢測圖像如圖3所示，從圖中可以很清晰地識別出缺陷，測量其最高回波定位，然后在L型試樣上與實(shí)際缺陷位置進(jìn)行比對，結(jié)果表明位置基本一致。相控陣超聲檢測時，缺陷在焊縫的內(nèi)部，在A掃描信號上通常具有多個波峰，波幅很高，當(dāng)探頭垂直移動掃查或者平行移動掃查時，反射波連續(xù)出現(xiàn)，探頭擺動時會有一個較強(qiáng)烈的底面拐角反射信號，同時在該反射信號上會出現(xiàn)斷續(xù)的、較弱的端點(diǎn)衍射信號，因而可以判斷該缺陷為裂紋缺陷。

            T型焊縫(K形坡口)的檢測圖像如圖4所示，從圖中可以很清晰地識別出缺陷，測量其最高回波定位，顯示的位置與實(shí)際缺陷位置基本一致。相控陣超聲檢測時，在A掃描視圖中發(fā)現(xiàn)左右移動探頭時波高變化不明顯，波形變化和未焊透波形變化差不多，A掃描波形平滑直線上升后下降，無多余的小峰，應(yīng)該為光滑反射體，因而可以判斷該缺陷為未熔合類缺陷。

            可見，對于焊接模擬缺陷，制定的相控陣超聲檢測工藝具有可行性，能實(shí)現(xiàn)對檢測對象內(nèi)部埋藏缺陷的定量檢出。

            6.結(jié)束語

            (1)探頭在合適位置時，對于復(fù)雜幾何形狀的焊接接頭，利用計(jì)算機(jī)幾何仿真技術(shù)、三維成像等檢測工藝，能確保相控陣超聲檢測技術(shù)的檢測靈敏度和不同位置缺陷的檢出。

            (2)對復(fù)雜幾何形狀的工件進(jìn)行探查時，需要良好的聲束可達(dá)性，相控陣超聲檢測時，使用一個探頭就可以替代常規(guī)超聲技術(shù)的多個探頭掃查，提高了檢測效率和速度。

            (3)利用相控陣超聲成像技術(shù)，能有效識別缺陷的大小、形狀和分布情況，提高對缺陷性質(zhì)判定的準(zhǔn)確性。

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