齊春雨

中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司 北京100006

1 相控陣超聲技術(shù)的概述

相控陣超聲技術(shù)是相對(duì)于脈沖反射法超聲的一種全新的超聲波發(fā)射和接收技術(shù),相控陣探頭是由許多小尺寸、成一定結(jié)構(gòu)排列的晶元體組成的陣列探頭,每個(gè)晶元體都能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的超聲波信號(hào)的發(fā)射和接收。通過(guò)控制每個(gè)晶元體的超聲波信號(hào)發(fā)射時(shí)間,來(lái)控制波束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。通過(guò)設(shè)定晶片的聚焦法則來(lái)進(jìn)行線性掃查和扇形掃差。由此可以不移動(dòng)探頭就可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部全面的檢測(cè),克服零件外形對(duì)檢測(cè)的影響。由于相控陣超聲設(shè)備統(tǒng)可以籌控制多組晶元實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收,因此可以實(shí)現(xiàn)探頭發(fā)射多組角度和形態(tài)都不同的波束,相當(dāng)于多個(gè)脈沖反射信號(hào)同時(shí)工作,實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜材料的高效檢測(cè)。

2 相控陣超聲技術(shù)對(duì)小徑管焊縫檢測(cè)影響因素分析

2.1 相控陣超聲儀器的性能影響

(1)相控陣探頭參數(shù)影響。探頭楔塊加工成曲面后,探頭邊緣聲束會(huì)產(chǎn)生散射,晶片尺寸愈大,散射愈嚴(yán)重。為了減少這種散射的不利影響,同時(shí)為了減小探頭前沿長(zhǎng)度,壓電晶片尺寸不宜過(guò)大,且最好選擇自聚焦相控陣探頭。小徑管焊縫檢測(cè),探頭參數(shù)選擇可參考表1。

表1 小徑管焊縫檢測(cè)探頭參數(shù)選擇表

(2)相控陣掃查方式設(shè)定影響。常見(jiàn)的相控掃查方式有扇形掃查、線性掃查。不同的掃查方式的應(yīng)用原理不同,而且使用的領(lǐng)域也不同。例如,利用扇形掃查可以檢測(cè)一些幾何形狀復(fù)雜且檢測(cè)空間受限的工件。而利用線性掃查方式可以完成一些大表面積的工件的檢測(cè)。

2.2 相控陣超聲技術(shù)應(yīng)用軟件的影響 在軟件選擇和軟件參數(shù)的仿真設(shè)置中往往會(huì)出現(xiàn)偏差問(wèn)題。因此,展開(kāi)對(duì)相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)的軟件校準(zhǔn)成為影響其對(duì)小徑管焊縫檢測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。在校準(zhǔn)的過(guò)程當(dāng)中,需要進(jìn)行角度校正增益(ACG),對(duì)不同角度回波聲壓的變化進(jìn)行補(bǔ)償控制。如了解楔塊延時(shí)修正軟件功能,利用圓弧來(lái)補(bǔ)償不同角度聲束的波幅變化的情況,然后利用相控陣中的接收放大器軟件來(lái)調(diào)整掃查角度范圍內(nèi)的每個(gè)角度的波幅響應(yīng),如此計(jì)算得出總的傳播時(shí)間,由此得到楔塊的傳播時(shí)間,進(jìn)行兩者關(guān)系的對(duì)比掌握對(duì)偏差角度的衰減處理。因此,在整體應(yīng)用中,如果所采用的軟件計(jì)算原理不同,則得出來(lái)的補(bǔ)償方案結(jié)果不同。

3 相控陣超聲對(duì)小徑管焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備分析 選用小徑管焊縫檢測(cè)試塊GS-1-GS-4。相控陣超聲儀器選用Omniscan相控陣超聲設(shè)備或Sonotron NDT相控陣超聲設(shè)備。相控陣超聲探頭選用頻率和陣元分別為5 MHz16陣元,5 MHz32陣元、10 MHz16陣元、10 MHz32陣元等。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

(1)試驗(yàn)方法。對(duì)于不同的小徑管焊縫使用不同的探頭和相控陣超聲設(shè)備檢測(cè),對(duì)比檢測(cè)效果。

(2)普通脈沖反射法超聲(A 超)檢測(cè)。對(duì)小徑管焊縫的缺陷進(jìn)行測(cè)量。主要方式是在標(biāo)準(zhǔn)塊上測(cè)出所用探頭的零點(diǎn)、前沿距離及折射角,斜探頭在小徑管外表進(jìn)行Z字形移動(dòng),從而檢測(cè)確定焊縫內(nèi)部缺陷的位置。A 超檢測(cè)速度較慢,缺陷的定位、定量及最嚴(yán)重缺陷的判斷和作業(yè)人員的自身的技術(shù)、手法以及經(jīng)驗(yàn)等有很大關(guān)系。

(3)相控陣超聲檢測(cè)。對(duì)于小徑管角焊縫的檢測(cè)主要是通過(guò)儀器建立小徑管焊縫的模型,建模時(shí)觀察儀器模擬情況,應(yīng)讓一次波盡量能覆蓋到焊縫的根部區(qū)域,二次波盡可能覆蓋到焊縫的表面區(qū)域,不建議采用三次波,利用一次二次波檢測(cè)整個(gè)焊縫情況。模型建立完畢后按儀器提示步驟利用GS試塊制作TCG 曲線。實(shí)際檢測(cè)時(shí)對(duì)被檢焊縫做好標(biāo)記,標(biāo)記0°位置,測(cè)量步進(jìn)偏移數(shù)值與儀器Index offset值相符,并在管子上劃出圈狀標(biāo)記,方便楔塊前端按此標(biāo)記進(jìn)行檢測(cè)。隨后安裝探頭、編碼器、小徑管專用工裝,按編碼器設(shè)置的掃查方向沿管子周向移動(dòng)探頭,觀察儀器檢測(cè)圖譜有無(wú)耦合異常,盡可能連續(xù)作業(yè),一次形成整條焊縫的圖譜。

(4)相控陣檢測(cè)與普通UT 檢測(cè)技術(shù)對(duì)比,相控陣超聲可以快速掃查焊縫內(nèi)部缺陷,比A 超要快很多,提高了檢測(cè)效率;其次相控陣可對(duì)檢測(cè)的焊縫實(shí)時(shí)觀察并保存圖譜數(shù)據(jù),而且效率高且環(huán)保,有可記錄的留底數(shù)據(jù),方便后期檢測(cè)缺陷擴(kuò)展情況。通過(guò)軟件對(duì)檢測(cè)的圖譜進(jìn)行分析、研判,對(duì)缺陷的檢出率高,而且檢測(cè)精度高。利于判斷缺陷的位置、大小等。

(5)通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果可知,相控陣超聲對(duì)小徑管焊縫的內(nèi)部缺陷檢出率較高,能夠達(dá)到90%左右。由相控陣超聲對(duì)小徑管焊縫檢測(cè)的試驗(yàn)可知,其根本目標(biāo)就是為了確定焊縫的缺陷位置以及缺陷大小的情況。當(dāng)前制定一個(gè)完善、合理的相控陣超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),能提高小徑管的焊縫缺陷的檢測(cè)精度與檢測(cè)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

作為近年來(lái)興起的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù),相控陣超聲技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)試驗(yàn)可知,對(duì)于小徑管焊縫的檢測(cè)效率高而且檢測(cè)精度高,因此,在小徑管的無(wú)損檢測(cè)中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。但是現(xiàn)階段還需要加強(qiáng)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的執(zhí)行力度,確保所檢測(cè)的小徑管焊縫能滿足使用要求。未來(lái)在研發(fā)新型相控陣超聲技術(shù)的時(shí)候,更需要加強(qiáng)規(guī)范管理,減少小徑管焊縫出現(xiàn)問(wèn)題的概率。