全自动相控阵超声检测技术及在环焊缝检测中的应用

显示全部楼层 · 2012-1-10 16:10:19

　　摘要：全自动相控阵超声检测系统是在断裂力学（ECA）的基础上，采用区域划分法，将焊缝分成垂直方向上的若干个区，再由电子系统控制相控阵探头对其进行分区扫查。检测结果以双门带状图的形式显示，在辅以TOFD（衍射时差法）和Ｂ扫描功能，对焊缝进行分析、判断。全自动相控阵超声仪在国外已被广泛应用于管道环焊缝的检测。
　　主题词：全自动超声波区域划分法相控阵带状显示 TOFD
　　全自动超声波在国外已被大量应用于长输管线的环焊缝检测，且越来越成为一种趋势。与传统手动超声检测和射线检测相比，其在检测速度、缺陷定量准确性、减少环境污染、降低作业强度等方面有着明显的优越。加拿大R/D Tech公司生产的Pipe WIZARD相控阵超声检测系统是专用于长输管线环焊缝的检测设备。该系统由数据采集单元、脉冲发生单元、电机驱动单元、相控阵探头、工业计算机、显示器等组成。系统在Windows NT界面下运行Pipe WIZARD操作软件，完成对焊缝的线性扫查、实时显示、结果评判。对其基本原理，笔者根据自己在实际工作中的体会和经验在此作一简单介绍。
　　本文使用的焊缝参数如下。坡口形式CRC；壁厚Ｔ＝16.4mm；焊接方法：全自动焊接。
　　一、基本原理
　　1.区域划分法
　　采用全自动超声检测的关键是“区域划分法”。根据壁厚、坡口形式、填充次数将焊缝分成几个垂直的区。每个分区的高度一般为1－3mm，每个区都由一组独立的晶片进行扫查（这种分区的扫查被称为Ａ扫）。检测主声束的角度按照主要缺陷的方向来设定（在自动焊中主要是未熔合，即将波束尽量垂直于熔合线）。Ａ扫采用聚焦声束进行扫查，焦点尺寸一般为2mm或更小。它们可以有效的检测各自的区域，而且临近区域反射体上的重叠最小。每个分区以焊缝中心线为界，分为上游、下游两个通道，其检测结果在带状图上以相对应的通道显示出。图1.1为CRC坡口、壁厚为14.6mm焊缝的区域划分图。从根部依次为：根焊区、钝边区（LCP）、热焊1区、热焊2区、热焊3区、填充1区、填区2区、填充3区。
　　2.相控阵探头
　　相控阵列是换能器晶片的组合，为确定不连续性的形状。其大小和方向提供出比单个或多个换能器系统更大的能力。有三种主要阵列类型：线性、面状和环行。在一个相控阵列中相位转换是用电子系统控制，通过超声发射器通向每个换能器。相控阵列除有效地控制超声形状和方向外，还实现和完善了复杂的动态聚焦和实时扫描。（参见《美国无损检测手册》超声卷“相控阵” ）
　　Pipe WIZARD相控阵探头采用线形阵列，容纳晶片60个。晶片成间隔状直线性分布在探头中。通常使用两个阵列探头分布于焊缝两侧。它能产生上千种不同的超声束，可配置40到70范围的扫查角度（β角），以满足分区扫查所需要的各种角度。
　　3. 标准试块
　　校准试块用于调整扫查灵敏度，确定缺陷位置，校验仪器校准准确性。试块根据分区扫查原理，针对自动焊易出现的主要缺陷（主要指侧壁未熔合），用标准孔或槽来代表。一般用垂直于融合线的φ2平底孔。根部可用方槽或与根部融合线吻合的三角槽来调节。
　　从钝边到填充3，每个区都设定一个φ2mm平底孔。有时在表面熔合线处设置方槽（长10－20mm，宽2mm，深1mm），用于检测焊趾线裂纹。根据检测需要还可设置附加反射体（如图3.2），用于B扫描调节。附加反射体位于焊缝中心线处，平底孔底面成水平45度。
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