鋼管塔焊縫相控陣檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

史紅偉 孫建華 韓慶軍 鐘恩濤

摘要：如今我國(guó)的工業(yè)發(fā)展十分迅速，從以前的制造大國(guó)逐漸向質(zhì)造大國(guó)轉(zhuǎn)變，我國(guó)對(duì)于工業(yè)鏟平的品質(zhì)要求也越來(lái)越高，過(guò)去使用的檢測(cè)技術(shù)在對(duì)許多關(guān)鍵部件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生相應(yīng)的損傷，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來(lái)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)高品質(zhì)的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不會(huì)受到破壞以維持其性能穩(wěn)定?，F(xiàn)在，在軍事工業(yè)、航空航天等高端科技領(lǐng)域中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為了不可或缺的一部分，現(xiàn)在對(duì)于鋼管塔的焊接品質(zhì)要求越來(lái)越高，特別是對(duì)于電力行業(yè)的鋼管塔的品質(zhì)檢測(cè)，也需要更好的檢測(cè)技術(shù)，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)作為一種常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中很廣泛，本文探究該技術(shù)在電力行業(yè)鋼管塔焊縫中的技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為其實(shí)際應(yīng)用提供一定的借鑒。

1.引言：

因?yàn)槌暀z測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)范圍較大、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確與檢測(cè)過(guò)程對(duì)人體不會(huì)造成損傷的有點(diǎn)，所以它是在所有常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中使用的最多的一種技術(shù)。該技術(shù)的發(fā)展也比較迅速，為了應(yīng)對(duì)我國(guó)劇增的各種檢測(cè)對(duì)象，超聲相控陣技術(shù)被研究出并逐漸應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品的檢測(cè)中。傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)鋼管塔的焊縫檢測(cè)效率較低、檢測(cè)結(jié)果不能進(jìn)行保存并且對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)素養(yǎng)與經(jīng)驗(yàn)要求很高，而相控陣技術(shù)則克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，為保證公司的產(chǎn)品質(zhì)量提供保證。

2.相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲相控陣技術(shù)的主要特點(diǎn)是多晶片探頭中各晶片的激勵(lì)均由計(jì)算機(jī)控制（如圖所示）。掃描聲束是聚焦的，能以鏡面反射方式檢出不同方位的缺陷。這些缺陷可能隨機(jī)分布在遠(yuǎn)離聲束軸線的位置上。

相控陣單元控制結(jié)構(gòu)示意圖

在信號(hào)激勵(lì)過(guò)程中，探傷儀將觸發(fā)信號(hào)傳送至相控陣控制器。后者將信號(hào)變換成特定的高壓電脈沖，脈沖寬度預(yù)先設(shè)定，而時(shí)間延遲由聚焦律界定。相控陣控制器在接收到回波信號(hào)后，根據(jù)接收到的聚焦定律轉(zhuǎn)換時(shí)間，并組合這些信號(hào)以形成脈沖信號(hào)，以傳輸?shù)藉e(cuò)誤檢測(cè)器。為了產(chǎn)生具有相長(zhǎng)干涉相位的聲束，陣列探針的每個(gè)單元都被電脈沖激發(fā)，并具有微小的時(shí)間差。在合并信號(hào)之前，每個(gè)換能器單元接收的回波信號(hào)之間存在時(shí)間差。信號(hào)會(huì)聚后形成的A掃描圖顯示材料中特定焦點(diǎn)的回波特性，以及材料其他點(diǎn)處各種衰減的回波特性。每個(gè)單元的延遲值取決于相控陣探頭上“窗口”的大小，模式，折射角和激勵(lì)單元的聚焦深度。

3.使用設(shè)備及廠家的介紹

本文所闡述的是根據(jù)國(guó)內(nèi)某高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的設(shè)備，該公司致力于超聲設(shè)備與超聲換能器的研究與制造，是一家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的公司，且該公司的科研實(shí)力雄厚。通過(guò) ISO 9001：2008 質(zhì)量管理 體系認(rèn)證、CE 標(biāo)志和歐盟 EN-12668 標(biāo)準(zhǔn)符合性認(rèn)證，屬國(guó)家認(rèn)定的高新技術(shù)企 業(yè)之一。在 1-3 復(fù)合材料晶片、超聲相控陣設(shè)備和相陣探頭研制等多項(xiàng)前沿技術(shù)上均處于國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際領(lǐng)先水平。

4傳輸軟件的構(gòu)成

該檢測(cè)傳輸軟件由傳輸軟件、數(shù)據(jù)處理與圖形轉(zhuǎn)化顯示軟件、數(shù)據(jù)計(jì)算的軟件和硬件控制軟件四個(gè)部分構(gòu)成。

該軟件分為客戶端和服務(wù)器計(jì)算端，在軟件中還有一些程序能夠保證兩端能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與通訊。

5鋼管塔的焊縫缺陷

5.1缺陷評(píng)定

1）超過(guò)評(píng)定線的信號(hào)應(yīng)根據(jù)缺陷3D視圖觀察其是否具有裂紋等危害性缺陷特征，如有懷疑時(shí)應(yīng)采用缺陷尖端檢測(cè)分析功能對(duì)缺陷進(jìn)行綜合判斷。

2）最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)的缺陷，其指示長(zhǎng)度小于10mm時(shí)按5mm計(jì)。

3）相鄰兩缺陷各向間距小于8mm時(shí)，兩缺陷指示長(zhǎng)度之和作為單個(gè)缺陷的指示長(zhǎng)度。

5.2檢驗(yàn)結(jié)果的等級(jí)分類

1）最大反射波幅位于Ⅱ區(qū)的缺陷，根據(jù)缺陷指示長(zhǎng)度按規(guī)定予以評(píng)級(jí)。

2）最大反射波幅不超過(guò)評(píng)定線的缺陷，評(píng)為Ⅰ級(jí)。

3）最大反射波幅不超過(guò)評(píng)定線的缺陷，檢驗(yàn)者判定為裂紋等危害性缺陷時(shí)，無(wú)論波幅尺寸如何，均評(píng)為Ⅳ級(jí)。

4）反射波幅位于Ⅲ區(qū)的缺陷，無(wú)論其指示長(zhǎng)度如何，均評(píng)為Ⅳ級(jí)。

6焊縫缺陷的定型方式

6.1缺陷位置：以獲得缺陷的最大反射波幅的位置為缺陷位置。缺陷位置信息主要包含深度（DA值）和水平（PA值）。

6.2缺陷長(zhǎng)度：即缺陷起點(diǎn)和缺陷終點(diǎn)。平行線掃查時(shí)，采用評(píng)定線絕對(duì)靈敏度法按影像的實(shí)際輪廓測(cè)定缺陷指示長(zhǎng)度。鋸齒形掃查時(shí)，當(dāng)缺陷只有一一個(gè)高點(diǎn)時(shí)，采用6dB法測(cè)長(zhǎng);當(dāng)缺陷有多個(gè)高點(diǎn)時(shí)，采用端點(diǎn)6dB法測(cè)長(zhǎng)。

6.3缺陷自身高度：對(duì)于面狀缺陷，可在S掃描或D掃描視圖上采用6dB法測(cè)量缺陷自身高度，對(duì)于開(kāi)口型裂紋缺陷的自身高度，可以采用端點(diǎn)衍射法進(jìn)行測(cè)量。

7焊縫缺陷的測(cè)量方法

7.1評(píng)定線絕對(duì)靈敏度法：以缺陷左邊最后一個(gè)高于評(píng)定線高度的點(diǎn)記為缺陷左端點(diǎn)，以缺陷右邊最后一個(gè)高于評(píng)定線高度的點(diǎn)記為缺陷右端點(diǎn)，兩點(diǎn)之間距離為缺陷指示長(zhǎng)度。

7.2 6dB法（半波高度法） ：移動(dòng)探頭找到缺陷的最大反射波，然后沿著缺陷方向左右移動(dòng)探頭，在左右兩端找到最大反射波--半波高位置的點(diǎn)記為左右端點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的距離就是缺陷的指示長(zhǎng)度。

8.討論

隨著我國(guó)工業(yè)化的不斷提升，工業(yè)水平的不斷提高，所生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)不斷提高，并且現(xiàn)在對(duì)于產(chǎn)品的品質(zhì)要求極高，不能產(chǎn)生損傷。而在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)檢測(cè)的時(shí)候常常會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成一定的損傷，影響產(chǎn)品的品質(zhì)。所以無(wú)損的產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，所以迅速占領(lǐng)了檢測(cè)市場(chǎng)。超聲檢測(cè)技術(shù)作為最常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有檢查全面、對(duì)檢測(cè)人員沒(méi)有危害等特點(diǎn)，近年來(lái)超聲檢測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，相控陣檢測(cè)技術(shù)是一種新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)范圍更加全面，檢測(cè)深入成都大，并且檢測(cè)效率較高，檢測(cè)的結(jié)果可以存儲(chǔ)保留。

鋼管塔的焊接工程量大，焊縫很多，一個(gè)焊縫的質(zhì)量不過(guò)關(guān)都有可能造成巨大的損失，對(duì)于鋼管塔焊縫的檢測(cè)技術(shù)要求很高，要使檢測(cè)時(shí)對(duì)焊縫的損傷降到最少，首選技術(shù)即便是相控陣檢測(cè)技術(shù)，可以全面地檢查焊縫的質(zhì)量，將焊縫分成很多層進(jìn)行檢測(cè)，并且經(jīng)過(guò)電腦生成圖像可以直觀的分析檢測(cè)結(jié)果。

該技術(shù)具有很好的市場(chǎng)，發(fā)展前景十分廣闊，比如1、相控陣成像技術(shù)在火電，水電，風(fēng)電的超聲檢測(cè)得到業(yè)主認(rèn)可，相控陣成像 效果好，檢測(cè)效率高，人為誤差小，還解決了葉根，葉片位置受限及常規(guī)超聲難 以解決的問(wèn)題都通過(guò)相控陣得以解決;相控陣讓超聲檢測(cè)又提升了一個(gè)層次。 2、2018 年貴州晴隆管道發(fā)生問(wèn)題;業(yè)主提出采用相控陣+TOFD 檢測(cè);經(jīng)過(guò)各 行業(yè)專家評(píng)定及認(rèn)可后，在項(xiàng)目中廣泛采用，而且作為射線漏檢的鋪助檢測(cè)手段， 讓管道安全得以更好的保障。收益方面：每道焊口收費(fèi)大概的價(jià)位為 ?1000.00～?1500;同時(shí)檢測(cè)每道口的時(shí)間僅需要五分鐘，降低了檢測(cè)人員的工作 強(qiáng)度，而且提升了檢測(cè)效率及準(zhǔn)確率。

所以，該技術(shù)能夠促進(jìn)工業(yè)水平的發(fā)展，也能促進(jìn)加工工藝的提升，值得應(yīng)用與推廣。

作者簡(jiǎn)介：史紅偉? 男? 籍貫：河南周口? ?漢? ?本科? ?高級(jí)工程師? ?研究方向：輸配電及用電工程

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