超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用

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1、三至量G。ngyiyuJishu超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用邵风和徐东杰z石秀荣·庄凤冬，(1．辽宁省葫芦岛市特种设备监督检验所，辽宁葫芦岛125001；2．中国石油管道局国际事业部，河北廊坊065000；3．中国石油锦西石化分公司机械厂，辽宁葫芦岛125001)摘要：分析了超声相控阵技术的特点，介绍了超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用。从应用结果可以看出，超声相控阵技术能极大地提高检测效率，降低劳动强度，节省检测成本。关键词：超声波检测；相控阵技术；焊接接头0引言1．2阵列类型阵列顾名思义就是晶片在探头中排列的几何形状。相控阵探传统的超声检测采用单晶片探头发散声束

2、，在某些情况下也采用双晶片探头或者单晶片聚焦探头来减小盲区和提高分辨率。头有3种主要阵列类型：线形(线阵列)、面形(二维矩形阵列)和环形(圆形阵列)，如图3所示。目前相控阵探头大多数采用线形阵但是不管是哪种情况下，超声场在介质中均是按照一个单一角度的轴线方向传播。列，因为线形阵列编程容易，费用明显低于其他阵列。单一角度的扫查限制了超声检测对于不同方向缺陷定性和定量的能力。因此，大部分标准都要求采用多个角度的声束扫查来提高检出率。但是对于复杂几何外形、大壁厚或者探头扫查空间有限的情况检测很难实现，为此就需要采用相控阵探头和聚焦声束来满足上述情况的检测要求，如图1、图2所示。一圈

3、(a)维线形阵列(h)二维矩形阵列(c)罐环形阵列图3阵列类型1．3阵列系统相控阵换能器系统能控制超声束的转向，这是实时超声成像中的关键特性。而实时成像中，能够对快速移动的组织结构成像和评价，并且该工艺易于实现自动化，从而消除因操作技术水平的差别引起的判断变化。实现实时成像的3种扫描方法：线形扫描、扇(a)采用常规单晶片探头检测(b)采用相控阵探头检测形扫描和在线形扫描的界面上带有扇形扫描的线形扫描。相控阵图1常规超声技术和超声相控阵技术检测复杂工件的比较列除有效地控制发射超声束的形状和方向外，还实现和完善了复杂的无损检测应用要求的2个条件：动态聚焦和实时扫描。～Lj一、II

4、1．4电子扫描(E一扫描)，，，触⋯电子扫描又称线形扫描：就是在一组激活晶片上同时发送同样的聚焦法则和延迟时间，扫查时角度固定，以成组的晶片沿着相控阵探头长度方向进行扫描，如图4所示。(a)采用个相控阵探头进行多角度检测(b)采用相控阵探头检测涡轮转子叶片拽1线2—====：图2采用相控阵声技术检测复杂工件～鍪聂．线3E暑莹羞壹皇本文重点介绍超声相控阵技术在焊接接头检测方面的应用及其优势。此法是当今无损检测技术中极富有创造性的超声检测新聚焦法则5技术，可有效地检出焊接接头中的各种面状缺陷和体积状缺陷。检线性相控阵探头j测结果以图像形式显示，为缺陷定位、定量、定级及估判定性提供

5、II了丰富的信息。II1超声相控阵●声场5lI1．1动作原理I超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定I⋯⋯一，f的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，图4线形扫描图所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束(波阵面)的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和1．5扇形扫描(S一扫描)聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个扇形扫描也称作方位角扫描或者斜角扫描：就是采用相同的探头系统更大的能力。晶片和特定聚焦深度的声束，在一定角度范围内的扫描。可以同时通常使用的是一维线形阵列探头，压电晶片呈直线状排列，聚

6、进行聚焦深度不同的扫描，这类倾斜的扇面可以具有不同的扫描焦声场为片状，能够得到缺陷的二维图像，在工业中得到广泛的应值，如图5所示。扫描范围的起点和终点角度取决于探头的设计、用。楔块和波的类型，扫描范围依然受制于物理学规律。三至主G。ngyiyuJishu3．3检测应用3_3．1动车横粱管对接焊缝检测3-3．1．1检测部位及坡口示意图(1)检测部位说明。横梁管一端内壁被机加工，加工的形状及规格如图l2所示，目的是为了套入侧梁的横梁座中。35。～8O。。检测标准为EN1714-1998和EN1712-1997。试块为(a)连接座侧的形状G。ngyiyuJishu围为35。～80。

7、。检测标准为EN1714-1998和EN1712-1997。试———块为EN1714-1998中DAC曲线试块。，／／_／／，／／，3_3．2．3未熔合的返修图+l+l、’—／／意导<／量对该焊缝返修，发现是未熔合缺陷，如图2O所示。∞唔电

8、e1"／／Y／／／／／／／／／／／／／／／／f一60(b)连接厘另一侧的横粱冒形状图17连接座的形状图从图17看，检测空间有限，仅能从横梁管侧进行单面单侧检测。相控阵探头放在横梁管侧A面上，如图18所示，且探头前端距焊缝边缘的距离为12mm。(2)坡口示意图。图18