相控陣全聚焦技術(shù)應(yīng)用于某主吸收塔橫向裂紋檢測(cè)分析

龔吉春

對(duì)某含硫天然氣主吸收塔，采用超聲橫波進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大量橫向裂紋，為了對(duì)該類缺陷更直觀的成像和檢測(cè)，選取兩處采具有代表性位置的橫向裂紋用相控陣全聚焦TFM技術(shù)對(duì)橫向裂紋進(jìn)行檢測(cè)，然后與缺陷解剖后形態(tài)對(duì)比，對(duì)全聚焦在焊縫檢測(cè)上的特點(diǎn)進(jìn)行分析，為相控陣全聚焦TFM技術(shù)應(yīng)用于帶堆焊層焊縫橫向裂紋檢測(cè)提供一種解決辦法。

超聲橫波;橫向裂紋;帶堆焊層焊縫;相控陣全聚焦TFM

1、概述

某天然氣凈化廠主吸收塔在進(jìn)行定期檢驗(yàn)過程中，采用超聲橫波檢測(cè)主焊縫，發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部存在大量超標(biāo)橫向裂紋，采用磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在表面開口的橫向裂紋，為了對(duì)該類缺陷更直觀的成像和檢測(cè)，選取兩處采具有代表性位置的橫向裂紋，一處為焊縫內(nèi)部橫向裂紋，一處為表面開口橫向裂紋，用相控陣全聚焦TFM技術(shù)對(duì)橫向裂紋進(jìn)行檢測(cè)，然后與缺陷解剖后形態(tài)對(duì)比，對(duì)全聚焦在焊縫檢測(cè)上的特點(diǎn)進(jìn)行分析，為相控陣全聚焦TFM技術(shù)應(yīng)用于帶堆焊層焊縫橫向裂紋檢測(cè)提供一種解決辦法。

2、主吸收塔主要技術(shù)參數(shù)

3、檢測(cè)對(duì)象及范圍

3.1、主吸收塔焊縫參數(shù)

4、全聚焦TFM技術(shù)

4.1、全聚焦TFM技術(shù)介紹

4.1.1全聚焦工作方式

對(duì)于多陣元相控陣探頭，依次激勵(lì)每一個(gè)晶片激發(fā)球形波射入材料，每一次發(fā)射后材料中不連續(xù)處的反射回波將同時(shí)被所有晶片接收。

4.1.2全聚焦數(shù)據(jù)采集方式FMC

以探頭為4個(gè)晶片為例，第1個(gè)晶片T1發(fā)射信號(hào)，4個(gè)晶片接收信號(hào);第2個(gè)晶片T2發(fā)射信號(hào)，4個(gè)晶片接收信號(hào);第3個(gè)晶片T3發(fā)射信號(hào)，4個(gè)晶片接收信號(hào);第4個(gè)晶片T4發(fā)射信號(hào)，4個(gè)晶片接收信號(hào);這樣一共得到4×4個(gè)信號(hào)。此過程被稱為全矩陣捕捉FMC。具體過程見圖3。

4.1.3全聚焦的數(shù)據(jù)處理方式

（1）以全矩陣捕捉FMC數(shù)據(jù)采集形成A掃數(shù)據(jù)為矩陣FMC（4x4）;

（2）自定義一個(gè)二維矩形成像區(qū)，得到區(qū)域中任意一點(diǎn)P（x，y） 到探頭任意一對(duì)晶片組合（M，N）的聲程S M，P = 探頭晶片M到成像區(qū)中一點(diǎn)P的聲程;SP，N = 成像區(qū)中一點(diǎn)P到探頭晶片N的聲程;

（3）以成像區(qū)中的聲程數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合采集的矩陣數(shù)據(jù)FMC進(jìn)行相干處理，根據(jù)不同的波型及算法對(duì)圖像進(jìn)行重構(gòu)，以達(dá)到在成像區(qū)中各點(diǎn)能量高度聚焦的效果。

4.2、探頭及楔塊選擇

4.2.1線陣探頭

由于一次激發(fā)64個(gè)晶片，可以聚焦得更深，焦點(diǎn)尺寸更小，分辨力更好，信噪比更高所以通常選用64個(gè)晶片，本次選用線陣探頭：5L64-N55S，具體參數(shù)如下表：

4.2.2楔塊

通常缺陷與表面呈一定的角度，故選用一定的角度的楔塊，對(duì)發(fā)現(xiàn)缺陷非常重要，且在頻率相同的情況下，折射橫波波長(zhǎng)相對(duì)于縱波波長(zhǎng)更短，檢測(cè)靈敏度更高，故選擇合適角度的楔塊，進(jìn)行波型轉(zhuǎn)換和入射角度選擇，本次選用的楔塊形狀及參數(shù)見圖2。

4.3、全聚焦設(shè)置

4.3.1設(shè)置要求

掃查范圍要能覆蓋整個(gè)深度范圍，由于全聚焦64陣元的探頭采集的矩陣數(shù)據(jù)FMC的尺寸很大，通常在10幾個(gè)G左右，故分兩個(gè)深度范圍0-60mm，40-88mm進(jìn)行掃查，且兩個(gè)范圍有10-20%的重復(fù)區(qū)域;掃查的長(zhǎng)度范圍能覆蓋熱影響區(qū)域和焊縫金屬區(qū)域。具體的掃查覆蓋范圍見圖3和圖4。

4.3.2覆蓋厚度范圍為0-60mm掃查

4.3.3覆蓋厚度范圍為40-88mm掃查

4.3.4掃查長(zhǎng)度和寬度范圍

掃查的長(zhǎng)度范圍能覆蓋熱影響區(qū)域和焊縫金屬區(qū)域，具體是從位置1到位置2，長(zhǎng)度為80mm，見圖3和圖4;為了對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行掃查，從位置1到位置2掃查完后，將探頭向右側(cè)移動(dòng)60mm，繼續(xù)掃查相鄰的區(qū)域，直到將整個(gè)區(qū)域覆蓋。

5、全聚焦檢測(cè)

5.1、相控陣全聚焦TFM對(duì)內(nèi)部橫向缺陷的檢測(cè)

5.1.1全聚焦檢測(cè)

采用4.3的設(shè)置要求，經(jīng)相控陣全聚焦TFM檢測(cè)，對(duì)焊縫內(nèi)部的一處橫向裂紋進(jìn)行檢測(cè)，缺陷編號(hào)為1#，掃查圖像見圖5。具體檢測(cè)結(jié)果見下表：

5.1.2、解剖結(jié)果

解剖發(fā)現(xiàn)，裂紋長(zhǎng)度50mm，深度在56-83mm之間，分布在焊縫金屬范圍內(nèi)，裂紋面與筒體內(nèi)外表面和焊接方向均呈45°夾角，具體形態(tài)見圖6。

通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)全聚焦TFM在檢測(cè)內(nèi)部橫向裂紋圖像與實(shí)際形態(tài)一致，且檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際也很接近。

5.2、相控陣全聚焦TFM對(duì)表面開口缺陷的檢測(cè)

采用4.3的設(shè)置要求，經(jīng)相控陣全聚焦TFM檢測(cè)，對(duì)焊縫的一處表面開口橫向裂紋進(jìn)行檢測(cè)，缺陷編號(hào)為2#，掃查圖像見圖7。具體檢測(cè)結(jié)果見下表：

該缺陷為表面開口缺陷，而檢測(cè)結(jié)果顯示該缺陷離表面2.0mm，故全聚焦檢測(cè)也具有一定的盲區(qū)，但近表面盲區(qū)較小。

6、相控陣全聚焦技術(shù)應(yīng)用于帶堆焊層焊縫檢測(cè)總結(jié)分析

采用相控陣全聚焦技術(shù)，能有效的對(duì)焊縫近表面及焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度高，近表面盲區(qū)小，同時(shí)對(duì)缺陷的還原度高，成像直觀，且不受內(nèi)表面的堆焊層影響。

與常規(guī)超聲橫波和相控陣對(duì)比，相控陣全聚焦TFM的檢測(cè)方式具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）常規(guī)超聲橫波和相控陣在檢測(cè)帶堆焊層的焊縫時(shí)，由于堆焊層會(huì)因?yàn)榫Я］^大而發(fā)生不確定的的折射，無法采用一次反射波，對(duì)焊縫上部無法檢測(cè)，存在很大的盲區(qū)，而全聚焦不需要一次反射波就能對(duì)整個(gè)焊縫區(qū)域進(jìn)行覆蓋;

（2）與常規(guī)超聲橫波和相控陣對(duì)比，其成像更直觀，對(duì)缺陷的細(xì)節(jié)顯示更精確，還原度更高。

（3）同時(shí)相控陣全聚焦也有一定的局限性，如同樣存在表面盲區(qū)，但相比之下盲區(qū)較小。

參考文獻(xiàn)

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