魏 鵬 江 莉 Robert Evan Howland

（深圳市泰克尼林科技發(fā)展有限公司 深圳 518049）

50mmK型坡口對(duì)接焊縫的PAUT檢測(cè)方法研究

魏 鵬 江 莉 Robert Evan Howland

（深圳市泰克尼林科技發(fā)展有限公司 深圳 518049）

通過(guò)制作6塊參數(shù)為500×800×50的材料的帶典型缺陷的K型坡口厚壁碳鋼對(duì)接焊縫試塊進(jìn)行研究，使用PAUT檢測(cè)技術(shù)和TOFD檢測(cè)技術(shù)對(duì)試塊可能存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)和工藝研究，驗(yàn)證PAUT & TOFD檢測(cè)技術(shù)對(duì)厚壁碳鋼對(duì)接焊縫的檢測(cè)方法；且通過(guò)制作帶缺陷的K型坡口試塊模擬單邊受限的特殊檢測(cè)情況，即只能在焊縫單側(cè)進(jìn)行檢測(cè)的特殊情況下，PAUT檢測(cè)能力驗(yàn)證并與RT檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)；最后通過(guò)對(duì)試塊缺陷進(jìn)行切片，驗(yàn)證缺陷的實(shí)際尺寸和類(lèi)型。通過(guò)以上大量的試驗(yàn)工作得到試驗(yàn)結(jié)論證明對(duì)焊縫進(jìn)行雙側(cè)PAUT & TOFD檢測(cè)能夠得到最好的檢測(cè)效果，幾乎所有的焊縫埋設(shè)缺陷都被找出，單側(cè)檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)工藝研究能找出焊縫埋設(shè)的部分缺陷。同時(shí)，應(yīng)用一發(fā)一收方式進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)探索，結(jié)果也能發(fā)現(xiàn)部分缺陷，但是有一定的檢測(cè)局限性。

K型坡口 PAUT檢測(cè) 一發(fā)一收檢測(cè)

1 相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)概述

超聲相控陣技術(shù)（PAUT）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的工業(yè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)對(duì)各陣元的有序激勵(lì)可得到靈活的偏轉(zhuǎn)及聚焦聲速，聯(lián)合線性掃查、扇形掃查、動(dòng)態(tài)聚焦等獨(dú)特的工作方式，使其比傳統(tǒng)超聲檢測(cè)具有更快的檢測(cè)速度與更高的靈敏度，成為目前無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1-2]。

該技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，是對(duì)焊接質(zhì)量控制領(lǐng)域傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)行業(yè)的挑戰(zhàn)，因其不但可及時(shí)了解和控制焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)結(jié)果，還可實(shí)時(shí)對(duì)于缺陷的定性、定位和缺陷尺寸的精確測(cè)量，協(xié)助焊接工藝調(diào)整以確保焊接質(zhì)量控制得到優(yōu)質(zhì)實(shí)施。和RT檢測(cè)技術(shù)對(duì)比，不僅彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)射線輻射的安全問(wèn)題，還提高了對(duì)缺欠的檢出能力，并解決了射線技術(shù)膠片上缺欠不能顯示沒(méi)有深度測(cè)量和自身高度以及工作效率的影響等問(wèn)題；和手動(dòng)常規(guī)UT對(duì)比，由于人為缺陷判定的因素導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果的不一致性，手工掃查效率低，重復(fù)掃查以及漏檢等問(wèn)題，更重要的是，彌補(bǔ)了沒(méi)有永久記錄，實(shí)現(xiàn)了缺陷記錄的復(fù)視與可比對(duì)性[3-5]。TOFD技術(shù)優(yōu)勢(shì)是測(cè)量精度高，且對(duì)裂紋敏感。根據(jù)原理缺陷形成尖端反射信號(hào)，對(duì)缺陷自身高度的測(cè)量精度高，作為PAUT的輔助檢測(cè)方法，共同完成檢測(cè)則可以有效的減小漏檢率和提高檢測(cè)精度。

2 檢測(cè)系統(tǒng)和試塊的設(shè)計(jì)及加工

2.1 檢測(cè)系統(tǒng)

焊縫雙側(cè)PAUT & TOFD檢測(cè)和焊縫單側(cè)PAUT檢測(cè)使用OMNISCAN MX2 32/128模塊，一收一發(fā)PAUT檢測(cè)技術(shù)需使用32/128PR模塊。探頭初步篩選配備10M，5M，2.25M，試驗(yàn)結(jié)果證明對(duì)于50mm的對(duì)接焊縫缺陷檢測(cè)5M檢測(cè)效果最佳，成像較為清晰，因此本檢測(cè)方法研究擬定5L64 A12為PAUT探頭配置，楔塊配置SA12-N55S. TOFD配置兩組探頭C543-SM 5MHZφ6mm、C563-SM 10MHZφ3mm，楔塊分別配置60°、70°。其他配件包括雙通道掃查架，分路器，Esbeamtool軟件和Tomoview軟件等。

2.2 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按照ASME第5卷第4章2013版本，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)參考DNV OS F101：2013。

2.3 試塊的設(shè)計(jì)與加工

●2.3.1 模擬試塊

總體設(shè)計(jì)思想是，每一個(gè)區(qū)域的根部、填充區(qū)、蓋帽都最少有2~3個(gè)缺陷，AB，CD，DE，EF均有預(yù)設(shè)缺陷，如圖1所示。且保證最小數(shù)量缺陷處檢測(cè)完成后，可被選擇用于切片分析。其中1塊試塊缺陷的設(shè)置如圖2所示。

圖1 K 型坡口示意圖

圖2 缺陷試塊1加工圖紙

●2.3.2 相控陣校準(zhǔn)試塊和TOFD校準(zhǔn)試塊

按照ASME 2013版本第5卷第4章，本檢測(cè)方法研究將相控陣校準(zhǔn)試塊和TOFD校準(zhǔn)試塊設(shè)計(jì)在同一個(gè)校準(zhǔn)試塊上。

圖3 相控陣和TOFD校準(zhǔn)試塊

3 三種檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)方法和比較

3.1 檢測(cè)方法對(duì)比

為覆蓋整個(gè)檢測(cè)區(qū)域可能預(yù)設(shè)缺陷，各種檢測(cè)方法不同的檢測(cè)方案：

1）當(dāng)模擬工件工況適合雙側(cè)單面檢測(cè)的檢測(cè)方案；

圖4 PAUT+TOFD雙側(cè)單面檢測(cè)方案

圖5 缺陷檢測(cè)圖譜

2）當(dāng)模擬工件工況只有單邊適合檢測(cè)的檢測(cè)方案；

圖6 PAUT單側(cè)檢測(cè)方案

3）RT檢測(cè)方法；

射線檢測(cè)是常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法，檢測(cè)精度高。它的缺點(diǎn)是射線檢測(cè)需要提前預(yù)警，人員撤離，需要的工序復(fù)雜，對(duì)垂直于檢測(cè)表面的缺陷檢測(cè)效果不佳，不能夠測(cè)出缺陷的深度，不容易測(cè)出缺陷的高度。

3.2 檢測(cè)結(jié)果缺陷顯示數(shù)據(jù)對(duì)比

以上三種檢測(cè)結(jié)果記錄對(duì)比，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄與分析得到以下檢測(cè)結(jié)果比對(duì)情況：

1）檢測(cè)到的缺陷長(zhǎng)度分別與試塊標(biāo)稱長(zhǎng)度對(duì)比：

圖7 缺陷長(zhǎng)度與試塊標(biāo)稱長(zhǎng)度對(duì)比

2）檢測(cè)到的缺陷高度分別與試塊標(biāo)稱高度對(duì)比：

圖8 缺陷高度與試塊標(biāo)稱高度對(duì)比

3）檢測(cè)到的缺陷深度分別與試塊標(biāo)稱深度對(duì)比：

圖9 缺陷深度與標(biāo)稱深度對(duì)比

以上缺陷尺寸都是通過(guò)PAUT測(cè)量而得，由上述數(shù)據(jù)對(duì)比可得出以下結(jié)論：

1）PAUT缺陷尺寸測(cè)量，特別是長(zhǎng)度和高度會(huì)比標(biāo)稱偏大；

2）PAUT+TOFD雙側(cè)檢測(cè)效果比PAUT和TOFD單獨(dú)對(duì)缺陷的檢測(cè)效果都好；

3）PAUT單側(cè)檢測(cè)效果基本可以覆蓋所有的缺陷；

為論證結(jié)論，筆者還對(duì)部分試塊進(jìn)行了切片處理，進(jìn)行實(shí)際缺陷測(cè)量。切片后的試塊如圖10所示。

圖10 試塊切片圖片

4 一收一發(fā)PR探頭檢測(cè)方法和檢測(cè)結(jié)果分析

由于超聲垂直入射表面時(shí)，回波幅度最高，缺陷檢出率最佳，但是由于常見(jiàn)垂直坡口缺陷型式是垂直于坡口面的未熔合平行于垂直坡口面，因此，本檢測(cè)方法研究超聲波檢測(cè)入射角對(duì)坡口直角邊的檢測(cè)效果的最佳方案可行性。選擇了pitch-catch接收方式，檢測(cè)方案如圖11所示，優(yōu)點(diǎn)是能夠垂直于檢測(cè)坡口可能的未熔合缺陷，缺點(diǎn)是上下表面存在盲區(qū)。

圖11 pitch-catch檢測(cè)方案

圖12 缺陷檢測(cè)圖譜

5 結(jié)論

本檢測(cè)方法研究通過(guò)Omniscan MX2設(shè)備，研究50mm的K型坡口對(duì)接試塊的典型缺陷檢測(cè)工藝，通過(guò)超聲聲束模擬軟件和試驗(yàn)，根據(jù)合理的檢測(cè)工藝，能得到單側(cè)和雙側(cè)相控陣檢測(cè)可以檢測(cè)到大部分的缺陷。且實(shí)驗(yàn)性的驗(yàn)證pitch-catch檢測(cè)方法對(duì)特定的K型坡口的直角邊缺陷也有很好的補(bǔ)充檢測(cè)效果。

[1] 李衍，薛飛展．承壓設(shè)備焊縫超聲相控陣檢測(cè)讀譜[J]．中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25(12)： 37-41．

[2] 蔣志峰．超聲檢測(cè)頻域分析及對(duì)缺陷識(shí)別應(yīng)用研究[D]． 浙江：浙江大學(xué)，2004．

[3] 李衍．小徑管焊縫相控陣超聲檢測(cè)新動(dòng)態(tài)[J]．無(wú)損探傷，2009，33(01)：6-10．

[4] 李衍．超聲相控陣技術(shù) 第二部分 掃查模式和圖像顯示[J]．無(wú)損探傷，2007，31(06)：35-36．

[5] 肖雄．相控陣全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)在西氣東輸工程中的應(yīng)用[J]．無(wú)損探傷，2004(05)：5-8+14．

Research on PAUT Inspection Method for 50mm K-groove Butt Welds

Wei Peng Jiang Li Robert Evan Howland
（Tnlink Technology Development (Shenzhen) Co., Ltd. Shenzhen 518049）

By making 6 pieces of 500×800×50mm butt weld K-groove thick-walled carbon steel test block with typical defects, test experiment and process study is taken for the pertential defects in the test piece using PAUT and TOFD method, to verify inspection method using PAUT & TOFD technology for thick-walled carbon steel butt weld. Special testing situation as unilateral inspection limitation is simulated by making the defective K-groove test blocks, which means the joint could only be inspected unilaterally. Inspection ability of PAUT is verified and contrasted with RT inspection results, and fnally with the test block defects slicing to verify the actual size and type of the defects. Inspection test conclusions is obtained by the above experimental work that the bilateral weld inspection with PAUT & TOFD could get the best inspection results, almost all of the welds defects buried can be find out, inspection by unilateral weld inspection technology can fnd most of the defects in welds. Meanwhile, explore the application of pith-catch technical method, also can fnd a part of defects, but there are certain inspection limitations.

K-groove PAUT Pitch-catch inspection

X924

B

1673-257X(2016)12-0043-04

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．009

魏鵬(1983～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事無(wú)損檢測(cè)的TOFD及PAUT檢測(cè)工作及管理工作。

2016-06-29）