相控陣檢測技術(shù)在缺陷定位、定性、定量準(zhǔn)確性的探討

肖武華 孔令昌

(廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院，廣東 珠海 519002)

0 引言

相控陣超聲檢測作為一種新型的特殊無損檢測技術(shù)，隨著其系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及測試、應(yīng)用等已取得一系列進(jìn)展，將成為無損檢測的重要方法之一。相控陣憑借其多晶片動(dòng)態(tài)聚焦、計(jì)算機(jī)處理等先進(jìn)技術(shù)，使之具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。相控陣有助于提高檢測的精確性、重現(xiàn)性及檢測結(jié)果的可靠性，增強(qiáng)檢測的實(shí)時(shí)性和直觀性，促進(jìn)無損檢測的應(yīng)用與發(fā)展，提高檢驗(yàn)檢測質(zhì)量和科技含量［1，2］。

相控陣技術(shù)是在A超超聲波檢測的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，相控陣檢測技術(shù)比起A超來說具有獨(dú)特的優(yōu)勢，如其扇掃掃查面積大、可達(dá)性好，同時(shí)進(jìn)行B、C掃并有現(xiàn)場實(shí)時(shí)記錄功能，可以模擬缺陷的3D圖像等;同時(shí)也帶有A超的一些弊端，如缺陷的定性和缺陷自身高度的測量還有一定的難度等。目前國內(nèi)相控陣檢測還沒有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，大多屬于實(shí)驗(yàn)室研究階段，有的已經(jīng)用于現(xiàn)場輔助檢驗(yàn)。對其檢測的可靠性還需進(jìn)一步的驗(yàn)證。

主要討論相控陣檢測技術(shù)對缺陷的定位、定性、定量的準(zhǔn)確性，通過與TOFD、射線檢測和A超超聲波檢測的比較，來驗(yàn)證其在缺陷定性、定位和定量的準(zhǔn)確性。射線檢測在定性、測長和水平定位方面是最準(zhǔn)確的，通過與射線檢測結(jié)果的比較，便可知相控陣檢測在缺陷定性、測長和水平定位方面的準(zhǔn)確性如何。TOFD檢測技術(shù)在測量缺陷自身高度以及高度定位方面是最準(zhǔn)確的，通過與TOFD檢測結(jié)果的比較，便可知相控陣檢測在測量缺陷自身高度和高度定位方面的準(zhǔn)確性如何。再加上A超超聲波檢測的結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證其定量和定位的準(zhǔn)確性。

1 檢測的儀器與試板

相控陣儀器為以色列ISONIC公司2009系列產(chǎn)品，探頭采用32位晶片11358型號(hào)探頭。委托山東濟(jì)寧磨具廠加工的8塊含有模擬缺陷的試板。下面挑選一塊11388試板來說明整個(gè)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證過程。試板規(guī)格：300mm×300mm×15mm，材質(zhì)為Q235B，焊接方法為手工電弧焊。

2 相控陣檢測缺陷定性分析

首先對試板進(jìn)行RT檢測，底片見圖1。由圖中可以看出，試板內(nèi)部共有三個(gè)缺陷：1#缺陷為夾渣缺陷，2#缺陷為未熔合缺陷，3#為未焊透缺陷。

圖1 11388試塊的射線檢測底片

對試板進(jìn)行相控陣檢測，順利發(fā)現(xiàn)三個(gè)缺陷，在扇掃圖像中很難看出缺陷的性質(zhì)。對三個(gè)缺陷進(jìn)行B、C掃查，只能看出缺陷的在水平位置和高度位置的走勢，定性比較困難。對檢測結(jié)果進(jìn)行3D模擬，只能模擬缺陷大概的形狀，仍然無法定性，見圖2。綜合分析相控陣各項(xiàng)檢測結(jié)果均難以判斷缺陷性質(zhì)，但缺陷的檢出率和射線檢測是吻合的。

圖2 11388試塊3個(gè)缺陷相控陣檢測3D模擬圖

3 相控陣檢測缺陷定位分析

3.1 缺陷的水平定位

通過B、C掃查圖片對缺陷進(jìn)行水平定位，缺陷位置在焊縫中心線附近，與圖中射線檢測底片中1#缺陷的水平定位基本吻合，且水平信息更豐富，左下角顯示了1#缺陷的水平寬度信息，缺陷的水平寬度從19.1mm到22.6mm(離探頭前沿的距離)，共3.4mm。

采用同樣方法確定2#和3#缺陷的水平定位均在焊縫中心線附近，與射線檢測結(jié)果相吻合。2#缺陷的水平寬度從17.9mm到20.2mm(離探頭前沿的距離)，共2.3mm。3#缺陷的水平寬度從21.6mm到23.8mm(離探頭前沿的距離)，共2.2mm。

3.2 缺陷的高度定位和自身高度的測量

通過B、C掃查圖確定1#缺陷高度從4.5mm到8.4mm，自身高度為4.0mm，見圖3。

圖3 1#缺陷相控陣檢測高度信息

采用TOFD對缺陷進(jìn)行檢測，確定1#缺陷的高度信息，高度從5.5mm到8.2mm，共2.7mm，見圖4。采用A超UT確定1#缺陷高度為7.5mm，見圖5。

圖4 1#缺陷TOFD檢測高度信息

圖5 1#缺陷A超UT檢測高度信息

同樣采用三種檢測方法，得到2#和3#缺陷的高度，見表1。

表1 缺陷高度對比表

先比較缺陷的高度定位，通過表1可以看出三種檢測方法的結(jié)果基本吻合。再來比較缺陷自身高度，由于TOFD測量缺陷自身高度時(shí)，是通過測量缺陷的尖端的衍射信號(hào)［2］，受到的干擾因素比較少，故測量結(jié)果最準(zhǔn)確的。通過表1比較TOFD和相控陣的檢測結(jié)果可以看出，相控陣測量缺陷自身高度誤差較大。原因在于相控陣測量缺陷自身高度的原理是脈沖反射法，受到儀器增益的大小、缺陷高度位置、表面的形狀和粗糙度等的影響，這些因素都會(huì)影響反射能量的大小，從而影響圖形的大小，最終影響缺陷自身高度的測量。

4 缺陷的測長

應(yīng)用相控陣檢測得到1#缺陷長度信息：從57.8mm到88.9mm，共31.1mm長，見圖6。

圖6 1#缺陷相控陣檢測長度信息

再用TOFD檢測得到1#缺陷長度信息：從65.4mm到97.7mm，共32.3mm長，見圖7。

圖7 1#缺陷TOFD檢測長度信息

對X射線底片(圖2)測量得到1#缺陷長度信息：從60.2mm到92.9mm，共32.7長。

同理，可以得到2#和3#缺陷的長度信息，見下表2。

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通過表2對比相控陣、TOFD、射線檢測，測出的長度基本吻合，誤差較小。由于相控陣和TOFD測長均采用了編碼器，測出的長度信息還是比較準(zhǔn)確的。

采用同樣的方法，我們比較了其余7塊有模擬缺陷的試板。得出的結(jié)果與11388試板類似，從而進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)果的可信性。

5 結(jié)論

(1)相控陣檢測在水平定位，高度定位以及定量比較準(zhǔn)確;

(2)相控陣檢測在定性方面比起A超超聲波有進(jìn)步的地方，能夠模擬出缺陷的3D圖像，大概了解缺陷的一些形狀特征，但確定缺陷性質(zhì)比較困難。

(3)相控陣檢測在測量缺陷自身高度時(shí)，受到的干擾因素較多，誤差比TOFD大。

［1］鄭暉，林樹青.超聲檢測第2版［M］.北京.中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.05：146-148.

［2］強(qiáng)天鵬.衍射時(shí)差法(TOFD)超聲波檢測技術(shù)［M］.北京.中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.02：2-13.