中厚度對(duì)接焊縫相控陣檢測研究

路寶學(xué)

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島125105）

相控陣檢測（PAUT）是基于常規(guī)超聲檢測發(fā)展起來的新型檢測技術(shù)，其檢測原理是通過脈沖延遲觸發(fā)所產(chǎn)生聲波的不同相位疊加，來調(diào)節(jié)聲束角度或聚焦?fàn)顟B(tài)的壓電晶片陣列。由于相控陣組元的延遲時(shí)間可動(dòng)態(tài)改變，所以可用計(jì)算機(jī)軟件控制聲束角度、聚焦距離，并且可在同一位置作多角度檢測。

本文通過使用5.0L16-0.5-9探頭、8N55s楔塊,對(duì)10塊含有不同缺陷的中厚度（18、20、22、24、26、28、30 mm） 焊接試板進(jìn)行PAUT檢測，并將檢測結(jié)果與射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，確定PAUT檢測技術(shù)的優(yōu)勢，為PAUT檢測的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)對(duì)象及試驗(yàn)程序

選擇在模具廠購買的10塊不同厚度（中厚度） 且具有典型缺陷（縱向裂紋、條形夾渣、未焊透、氣孔、橫向裂紋）的焊接試板，分別采用RT、UT和PAUT檢測技術(shù)對(duì)缺陷進(jìn)行測定，試驗(yàn)程序見表1所示。

表1 試驗(yàn)程序

1.2 UT與PAUT檢測工藝特點(diǎn)分析

1.2.1 探頭

對(duì)于同一工件，PAUT檢測一般只使用一個(gè)探頭；UT檢測需要根據(jù)技術(shù)等級(jí)、工件厚度選用一個(gè)或多個(gè)探頭。

1.2.2 儀器校準(zhǔn)

相控陣儀器除了要進(jìn)行常規(guī)的測試校準(zhǔn)外，一般還需要使用CSK-IA試塊進(jìn)行ACG校準(zhǔn)和RB-2試塊進(jìn)行TCG校準(zhǔn)。

1.2.3 掃查工藝

常規(guī)超聲檢測依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用鋸齒形掃查方式。在區(qū)別缺陷信號(hào)，確定缺陷的位置、方向和形狀時(shí)，也采用前后、左右、轉(zhuǎn)角、環(huán)繞等掃查方式。相控陣檢測通過建立工件模型，進(jìn)行焊縫全體積聲束覆蓋模擬，確定中心距離，同時(shí)采用編碼器直線掃查方式。

1.2.4 缺陷定量

常規(guī)超聲檢測依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用缺陷回波波幅定量和缺陷測長定量，均由檢測人員在掃查操作時(shí)依據(jù)波形測定。相控陣檢測在實(shí)際檢測中借鑒常規(guī)超聲的定量方法，一般是在檢測人員完成掃查工作后，應(yīng)用離線軟件根據(jù)存儲(chǔ)的波形、圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行6dB法測長。

1.3 試驗(yàn)方法

UT檢測執(zhí)行CB/T3559-2011標(biāo)準(zhǔn)，采用4Z10×10A45°、4Z10×10A60°、4Z10×10A70°三種角度探頭進(jìn)行檢測。PAUT檢測參照?qǐng)?zhí)行ASTME2700-2009標(biāo)準(zhǔn)，采用5.0L16-0.5-9探頭，楔塊型號(hào)為8N55s，角度范圍40°～70°。RT檢測執(zhí)行CB/T3558-2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)片。

2 檢測結(jié)果

采用三種檢測方法分別對(duì)典型缺陷試板進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果如表2所示（以試板13210為例）。

表2 檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)單位：mm

3 檢測結(jié)果對(duì)比分析

3.1 缺陷檢出情況對(duì)比分析

3.1.1 面積型缺陷檢測結(jié)果對(duì)比分析

通過對(duì)試板中縱向裂紋檢測數(shù)據(jù)和未熔合缺陷檢測數(shù)據(jù)匯總后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于聲束指向性要求高的面型缺陷（裂紋、未熔合），相控陣檢測的多種角度檢測的信噪比要高于常規(guī)超聲檢測。UT、PAUT測定缺陷長度大于RT測定缺陷長度。UT的三種不同角度探頭檢測結(jié)果與PAUT采用接近的探頭角度的檢測結(jié)果相差不大。

3.1.2 體積型缺陷檢測結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)試板中條形夾渣和未焊透缺陷，RT、UT、PAUT三種檢測方法的測長結(jié)果匯總發(fā)現(xiàn)，測長沒有一致性特點(diǎn)，互有長短，但總體上的長度接近，相差不大。

3.1.3 橫向缺陷檢測結(jié)果分析

相控陣編碼器掃查，無法有效檢出橫向缺陷，射線和常規(guī)超聲斜平行法均可以發(fā)現(xiàn)橫向缺陷。因此對(duì)工件相控陣檢測中，如需要橫向缺陷檢測，應(yīng)該增加有效的檢測手段。

3.2 檢測速度、安全等因素的比較

RT檢測效率太低，操作人員存在作業(yè)輻射危險(xiǎn)，且必須配備防護(hù)措施。

UT檢測無放射性，但需要三種探頭對(duì)同一焊縫檢測，人為因素影響較大，效率低。

PAUT檢測無放射性，人為因素影響較小，檢測效率高。

4 結(jié)論

PAUT檢測結(jié)果與三種角度的UT檢測結(jié)果相接近，但UT效率低而PAUT效率高。

PAUT與RT相比，無放射性，人為因素影響較小，檢測效率高。

由于相控陣超聲檢測圖像的可視化，提高了缺陷的檢出能力和評(píng)定準(zhǔn)確性。

PAUT編碼器掃查，無法有效檢出橫向缺陷，如有需要應(yīng)該增加有效的檢測手段。

超聲波相控陣裝置的調(diào)試、靈敏度的校驗(yàn)、參數(shù)的設(shè)置，均要求操作人員熟練掌握電腦軟件操作的能力。B、C、D三種顯示圖像，盡管直觀，但對(duì)圖形的識(shí)別仍要掌握一定技巧，并且要有一定的判斷經(jīng)驗(yàn)。

隨著相關(guān)相控陣檢測標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)及相關(guān)培訓(xùn)增多之后，綠色、環(huán)保、高效的相控陣檢測，應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

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