全自動相控陣超聲檢測技術及在環焊縫檢測中的應用

　　摘要：全自動相控陣超聲檢測系統是在斷裂力學（ECA）的基礎上，采用區域劃分法，將焊縫分成垂直方向上的若干個區，再由電子系統控制相控陣探頭對其進行分區掃查。檢測結果以雙門帶狀圖的形式顯示，在輔以TOFD（衍射時差法）和Ｂ掃描功能，對焊縫進行分析、判斷。全自動相控陣超聲儀在國外已被廣泛應用于管道環焊縫的檢測。
　　主題詞：全自動超聲波   區域劃分法  相控陣  帶狀顯示  TOFD
　　全自動超聲波在國外已被大量應用于長輸管線的環焊縫檢測，且越來越成為一種趨勢。與傳統手動超聲檢測和射線檢測相比，其在檢測速度、缺陷定量準確性、減少環境污染、降低作業強度等方面有著明顯的優越。加拿大R/D Tech公司生產的Pipe WIZARD相控陣超聲檢測系統是專用于長輸管線環焊縫的檢測設備。該系統由數據采集單元、脈沖發生單元、電機驅動單元、相控陣探頭、工業計算機、顯示器等組成。系統在Windows NT界面下運行Pipe WIZARD操作軟件，完成對焊縫的線性掃查、實時顯示、結果評判。對其基本原理，筆者根據自己在實際工作中的體會和經驗在此作一簡單介紹。
　　本文使用的焊縫參數如下。坡口形式CRC；壁厚Ｔ＝16.4mm；焊接方法：全自動焊接。
　　一、 基本原理
　　1.區域劃分法
　　采用全自動超聲檢測的關鍵是“區域劃分法”。根據壁厚、坡口形式、填充次數將焊縫分成幾個垂直的區。每個分區的高度一般為1－3mm，每個區都由一組獨立的晶片進行掃查（這種分區的掃查被稱為Ａ掃）。檢測主聲束的角度按照主要缺陷的方向來設定（在自動焊中主要是未熔合，即將波束盡量垂直于熔合線）。Ａ掃采用聚焦聲束進行掃查，焦點尺寸一般為2mm或更小。它們可以有效的檢測各自的區域，而且臨近區域反射體上的重疊最小。每個分區以焊縫中心線為界，分為上游、下游兩個通道，其檢測結果在帶狀圖上以相對應的通道顯示出。圖1.1為CRC坡口、壁厚為14.6mm焊縫的區域劃分圖。從根部依次為：根焊區、鈍邊區（LCP）、熱焊1區、熱焊2區、熱焊3區、填充1區、填區2區、填充3區。
　　2.相控陣探頭
　　相控陣列是換能器晶片的組合，為確定不連續性的形狀。其大小和方向提供出比單個或多個換能器系統更大的能力。有三種主要陣列類型：線性、面狀和環行。在一個相控陣列中相位轉換是用電子系統控制，通過超聲發射器通向每個換能器。相控陣列除有效地控制超聲形狀和方向外，還實現和完善了復雜的動態聚焦和實時掃描。（參見《美國無損檢測手冊》超聲卷“相控陣” ）
　　Pipe WIZARD相控陣探頭采用線形陣列，容納晶片60個。晶片成間隔狀直線性分布在探頭中。通常使用兩個陣列探頭分布于焊縫兩側。它能產生上千種不同的超聲束，可配置40到70范圍的掃查角度（β角），以滿足分區掃查所需要的各種角度。
　　3. 標準試塊
　　校準試塊用于調整掃查靈敏度，確定缺陷位置，校驗儀器校準準確性。試塊根據分區掃查原理，針對自動焊易出現的主要缺陷（主要指側壁未熔合），用標準孔或槽來代表。一般用垂直于融合線的φ2平底孔。根部可用方槽或與根部融合線吻合的三角槽來調節。
　　從鈍邊到填充3，每個區都設定一個φ2mm平底孔。有時在表面熔合線處設置方槽（長10－20mm，寬2mm，深1mm），用于檢測焊趾線裂紋。根據檢測需要還可設置附加反射體（如圖3.2），用于B掃描調節。附加反射體位于焊縫中心線處，平底孔底面成水平45度。
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相控陣真的好難學

共同學習