超聲檢測在焊縫中的應(yīng)用

朱學(xué)耕

（中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院，中國 北京100072）

在實際工程中，焊縫隨處可見，焊接技術(shù)的存在使工件之間緊密的結(jié)合在一起，其強(qiáng)度、硬度能夠滿足在工程中實際需要，帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益，然而在焊接的過程中由于環(huán)境、人為操作等原因，會在焊縫內(nèi)存在氣孔、夾渣、裂紋等內(nèi)部缺陷[1]，常用的五大常規(guī)無損檢測方法中，針對工件內(nèi)部缺陷檢測的主要是射線檢測與超聲檢測，然而射線檢測本身具有一定的輻射效應(yīng)[2]，且其檢測成本比較的高，對檢測人員素質(zhì)要求也較高，因此在實際中射線檢測在現(xiàn)場檢測中的應(yīng)用還比較的少，結(jié)合實際情況以及檢測環(huán)境的限制等因素，大部分企業(yè)首選的檢測方法還是超聲檢測方法[3]，超聲檢測具有檢測方便快捷、檢測設(shè)備及成本經(jīng)濟(jì)性比較好，本文主要針對幾種常用的超聲檢測方法在焊縫中的應(yīng)用進(jìn)行歸納綜述。

1 常規(guī)超聲檢測在焊縫中的應(yīng)用

常規(guī)超聲檢測主要是接收脈沖反射波，從而對聲波信號進(jìn)行分析識別，進(jìn)而對工件的質(zhì)量進(jìn)行評價的一種方法，該方法對設(shè)備及檢測人員的要求比較低，但是在缺陷信號分析識別時對人們的經(jīng)驗要求比較的高，目前利用常規(guī)超聲檢測方法在對焊縫進(jìn)行檢測的過程中主要是采用“光柵式”掃查技術(shù)，具體來說包括兩個方向：1）沿著焊接方向，在檢測過程中超聲探頭沿著固定的方向（一般指焊縫長度方向）移動。2）在垂直于焊縫的方向，探頭沿著x方向（一般指管道的周向方向），來回移動。只有這樣才能保證焊縫不被漏檢，然而這種檢測方法比較的費(fèi)時，效率比較低，在對某電站設(shè)備的管道焊縫進(jìn)行完全檢測時，所需時間基本在10小時以上，有時甚至更多。因此必須尋找一種新的快捷、高效的檢測方法代替常規(guī)超聲檢測方法才具有更大的意義。

2 相控陣超聲檢測在焊縫中的應(yīng)用

20世紀(jì)末，隨著電子技術(shù)的飛快發(fā)展，相控陣超聲檢測技術(shù)[4]引入我國，并很快的成為研究熱門，迅速的應(yīng)用在工程中。相控陣超聲檢測以其高效、高精度，并能夠?qū)θ毕莩上竦奶攸c廣泛的應(yīng)用在實際檢測中，其改變了傳統(tǒng)超聲檢測中的“光柵式”檢測，其檢測過程比較簡單，只需沿著焊縫長度的延伸方向來回移動一次探頭即可，此方法大大提高了超聲檢測技術(shù)在實際工程中的利用。在利用相控陣超聲檢測的過程中需要注意幾點問題，首先，相控陣檢測使用的縱波進(jìn)行檢測，縱波具有一定的偏轉(zhuǎn)角度，當(dāng)被檢測件所需聲束偏轉(zhuǎn)角度較大的時候顯然利用縱波是無法滿足的，此時需要設(shè)計具有一定角度的斜楔塊使聲束能夠滿足檢測要求，在利用相控陣超聲檢測方法對焊縫進(jìn)行檢測時，對于管道環(huán)焊縫來說其楔塊的設(shè)計不但要滿足和管道的較好的耦合，還要滿足聲束的偏轉(zhuǎn)，這樣才能保證良好的檢測效果；對于平板的焊縫檢測，設(shè)計的楔塊接觸面為平面即可，只要單純的滿足聲束的偏轉(zhuǎn)角度即可。其次，對于相控陣超聲檢測來說其檢測設(shè)備的選擇也很重要，一般來說這類設(shè)備的成本較高，一般達(dá)到數(shù)十萬，這對于一般的研究工作者來說是一筆較大的費(fèi)用，因此這個問題必須要考慮，為了解決這一問題，相關(guān)的制造企業(yè)也在降低制造成本，為了使其更加廣泛的應(yīng)用在工程中，企業(yè)開發(fā)了便攜式檢測儀器，這類設(shè)備攜帶方便，更利于實際中的檢測。最后，相控陣超聲檢測能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷的成像，因此，其后期的數(shù)據(jù)采集，圖像分析也是非常的重要的，這就對檢測人員提出了很大的要求。

3 超聲TOFD法在焊縫檢測中的應(yīng)用

近年來，針對焊縫的檢測問題，超聲TOFD[5]的應(yīng)用也越來越廣，該方法可以看成是常規(guī)相控陣檢測方法的一個演變，其檢測過程是在焊縫的兩側(cè)對稱的放置兩個探頭，在顯示的結(jié)果中會有缺陷的上端信號和下端信號，以及端面信號和底面信號，這是TOFD檢測方法的特點，根據(jù)這一特點可以清楚的判斷缺陷的有無，除此之外根據(jù)缺陷信號之間的傳播時間差可以對缺陷進(jìn)行定量分析，這比一般的相控陣超聲檢測更具有優(yōu)勢，在利用該方法進(jìn)行實際操作的時候應(yīng)該注意一下幾個問題：首先，參數(shù)的選擇。在檢測過程中兩個探頭的功能為，一個發(fā)射聲波一個接收聲波，因此兩個探頭的中心頻率應(yīng)該保持一致，其相互間的誤差不能超過±20%，不同的檢測厚度對探頭的頻率要求也不一樣，對于TOFD檢測方法來說，檢測厚度在10mm以內(nèi)，探頭的頻率大概在10～15MHz之間，檢測厚度在10～30mm以內(nèi)時，頻率要求在5～10mm以內(nèi)，檢測厚度在30～70mm時，探頭頻率要求在2～5mm以內(nèi)。其次，探頭間距如何確定。一般來說其間距的確定遵循以下原則：1）能夠完全的覆蓋檢測區(qū)域；2）要能夠獲得足夠的缺陷端面衍射能量；3）要能夠滿足缺陷分辨率。所以，在檢測時探頭的間距一般控制在2t/3（t是工件的厚度）。最后，如何準(zhǔn)確的對缺陷進(jìn)行定量。TOFD檢測方法能夠較好的完成對缺陷的定量，這也是該方法的一個優(yōu)勢，因此在實際中應(yīng)該最大化的擴(kuò)大該優(yōu)勢，在這個過程中主要是對缺陷的上端信號的下端信號之間的缺陷傳播時間進(jìn)行確定。

4 總結(jié)

文中主要是對超聲檢測方法在焊縫中的應(yīng)用進(jìn)行說明，從其檢測原理，檢測過程中應(yīng)該遵循的原則和主要問題進(jìn)行了說明，為以后焊縫檢測過程中方法的選擇提供一些參考。

［1］郭世敬,張家坤,化三兵.液壓缸焊接氣孔及夾渣缺陷的防止與改進(jìn)[J].金屬加工：熱加工,2015(8)：43-44.

［2］陳亮.同步輻射軟X射線輻射效應(yīng)研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2010.

［3］楊奕,陳以方,洪玉萍,等.合成絕緣子的超聲檢測方法[J].無損檢測,2003,25(7)：337-339.

［4］曹健.全自動相控陣超聲檢測技術(shù)在環(huán)焊縫檢測中的應(yīng)用[J].無損檢測,2003,25(4)：201-203.

［5］遲大釗,剛鐵,袁媛,等.面狀缺陷超聲 TOFD法信號和圖像的特征與識別[J].焊接學(xué)報,2006,26(11)：1-4.