相控陣技術(shù)檢測鋼中缺陷

樸啟霞, 栗 雪

(北滿特殊鋼有限責(zé)任公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161041)

相控陣技術(shù)檢測鋼中缺陷

樸啟霞, 栗 雪

(北滿特殊鋼有限責(zé)任公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161041)

我公司生產(chǎn)的軋材(規(guī)格為Ф100mm-Ф350mm)，月產(chǎn)量在2萬t左右，鋼中缺陷種類較多，特別是單點夾雜以及其它有方向性的小裂紋，手工超聲波檢驗時，因盲區(qū)、噪音等原因極易漏檢，為滿足生產(chǎn)檢驗質(zhì)量及數(shù)量要求，我廠于2013年引進(jìn)了一套加拿大OlympusNDT公司生產(chǎn)的國際領(lǐng)先的相控陣超聲檢測系統(tǒng)。

相控陣; 超聲探傷; 缺陷; 夾雜

1 設(shè)備簡介

軋鋼棒材自動化探傷線引進(jìn)了目前國際上最先進(jìn)的大棒材檢測設(shè)備——旋轉(zhuǎn)棒材檢測系統(tǒng)(RBIS)如圖1。該檢測系統(tǒng)采用了先進(jìn)的相控陣超聲(PA)、陣列渦流(ECA)檢測技術(shù)，在滿足高速檢測的同時，對徑向全截面、軸向全長度進(jìn)行高分辨力的檢測。該系統(tǒng)目前可檢測直徑Φ100mm～Φ350mm、長度3m～15m的棒材，單支最大可承重10r，并能根據(jù)檢測結(jié)果對棒材進(jìn)行自動分選。

超聲檢驗部分采用相控陣縱波檢測+相控陣橫波逆時針檢測+相控陣橫波順時針檢測的配置模式，檢測最高能力為平底孔Φ2mm或橫孔Φ0.5mm×12.7mm當(dāng)量等級。渦流檢測部分采用陣列渦流檢測配置，檢測最高能力可達(dá)0.3mm×20mm×0.2mm。系統(tǒng)端部盲區(qū)≤30mm，信噪比≥8dB，同時誤報率≤1%，漏報率為0，檢測結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

該套檢測還配有友好的人機交互能力，高級監(jiān)測軟件SuperVisor、QuickView(UT&ET)和人機操作界面，具有詳細(xì)的可調(diào)參數(shù)、快捷的檢測操作和完善的結(jié)果處理等能力，能夠快速響應(yīng)各種檢測的要求。

2 相控陣超聲檢測特點及原理

2.1 相控陣技術(shù)的概念:

相控陣技術(shù)是通過電子激發(fā)的時間不同而改變探頭性質(zhì)的技術(shù)。

2.2 相控陣技術(shù)的特點:

相控陣超聲無損檢測的基本特點是相控，相控包括發(fā)射和接收相控兩部分。相控陣的發(fā)射是用電子技術(shù)調(diào)整陣列單元發(fā)射相位和超聲強度，以實現(xiàn)焦點位置和聚焦方向的不同角度的調(diào)節(jié)。它的特點是把一個探頭設(shè)置(含128個小晶片)中每8個小晶片為一個發(fā)射單元，共16個陣列，各陣列到達(dá)焦點的聲束具有相同的相位，這就是相控聚焦。

圖1 旋轉(zhuǎn)棒材相控陣檢測系統(tǒng)

相控陣的另一個特點是多晶片探頭的激勵(振幅和延時)均有計算機控制，壓電復(fù)合晶片受激勵后能產(chǎn)生超聲聚焦波束，波束的角度、焦距、焦點尺寸均通過軟件調(diào)整，可以檢出不同相位的裂紋。

2.3 相控陣探傷原理

相控陣超聲無損檢測(UPANDT)是近年來超聲無損檢測領(lǐng)域中發(fā)展起來的新技術(shù)。

傳統(tǒng)的超聲無損檢測是單聲束掃描成像技術(shù)，即是依靠超聲波換能器固有的幾何超聲聚焦掃描工件內(nèi)部缺陷，根據(jù)缺陷回波的特征確定缺陷的位置、大小及性質(zhì)。一般是A超，它只能給出缺陷波幅的高低及缺陷位置。

相控陣無損檢測技術(shù)是多聲束掃描成像技術(shù)，它的超聲檢測探頭是由多個晶片組成的換能器陣列，陣列單元在發(fā)射電路激勵下以可控的相位激發(fā)出超聲波，并使超聲波聲束在確定的聲域聚焦。超聲相控陣各聲束相位可控，電子控制聚焦焦點，使超聲波的檢測靈敏度、缺陷的分辨力更高，探測圖像更加清晰、準(zhǔn)確，檢測速率也更快。

3 檢測應(yīng)用實例

我們選取直徑Ф210mm圓棒材作為檢測對象，如圖2所示，檢測過程如下：

圖2 鋼材表面狀態(tài)

3.1 檢測參數(shù)設(shè)定

鋼種：P91；表面狀態(tài)：粗加工；

脈沖重復(fù)頻率：1309HZ； 檢測靈敏度：18 dB;

縱波閘門起始位置：100mm； 閘門范圍：100mm;

螺距：120mm; 輥道速度：645mm/s；

軸向脈沖密度：10mm 徑向脈沖密度：3mm

DAC補償:0～10Db/0～250mm;

3.2 相控陣系統(tǒng)自動化檢測

檢測靈敏度為Ф2平底孔。缺陷報警線設(shè)置50%波高，即探傷掃查中有超過50%波高缺陷波即超標(biāo)。實測在尾部780mm長有連續(xù)超標(biāo)缺陷顯示，如圖3所示。

3.3 手工超聲波復(fù)檢

針對相控陣系統(tǒng)自動化檢測探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷，我們采用對應(yīng)手工探傷，探傷結(jié)果為鋼材尾部700mm連續(xù)φ3-φ4/4-6，并在距尾部600mm處取橫向試片進(jìn)行低倍酸浸試驗，試片厚30mm；具體波形如圖4所示。

3.4 缺陷試片低倍檢驗

在低倍試樣上，呈現(xiàn)兩處肉眼可見的點狀缺陷，通過高倍觀察發(fā)現(xiàn)為夾雜缺陷，如圖5所示。

圖3 相控陣探傷波形

圖4 手工探傷波形

圖5 低倍試樣圖片

4 結(jié)語

通過手工探傷和自動化探傷的對比試驗，證明自動化探傷可以準(zhǔn)確檢測出鋼中缺陷，尤其是有方向性的單點缺陷，比如夾雜、氣泡、小裂紋等可準(zhǔn)確檢出，在保證檢驗準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，大幅度提高生產(chǎn)效率， 完全試用于φ100～φ350mm鋼中內(nèi)部檢測。

[1]李衍.超聲相控陣技術(shù)江蘇無錫鍋爐股份公司.

[2]徐爾剛.相控陣超聲無損檢測系統(tǒng)的研制，清華大學(xué)機械工程系.

Detecting Defect of Steel with Phase Array Technology

PiaoQixia,LiXue

(Beiman Special Steel Co., Ltd., Qiqihaer Heilongjiang 161041 China)

Company’s rolled products (specifications are fromФ100mm-Ф350mm), and per month output is about 20 thousands tons. Defect types of steel are more, especially small crack of single part inclusion and other direction cracks. And due to the blind spot, noise and other reasons detecting could been easily missed by manual ultrasonic inspection. in 2013 the leading ultrasonic phased array testing system of a Canadian Olympus NDT company production was introduced to meet production inspection of quality.

phase array； Ultrasonic testing； defect； inclusion

2014-11-08