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日志

从常规超声到相控阵的思考2——扫查方法和模拟试块

热度 43已有 1574 次阅读2015-2-28 15:58

1、两种扫查方法的比较,优点和缺点

常规超声的基本扫查方法是锯齿扫查。相控阵的基本扫查方法是沿线扫查。

相控阵为什么要用沿线扫查作为基本扫查方式呢?因为沿线扫查容易实现检测结果成像。

相控阵能不能采用锯齿扫查呢?当然是可以的,但是成像就比较困难。

沿线扫查比锯齿扫查的检测速度快,容易实现扫查的自动化或半自动化。

锯齿扫查比沿线扫查覆盖范围大,手工操作比较方便。

如果利用锯齿扫查+相控阵电子扇扫描,得到的缺陷反射回波波幅最高(想一想,为什么?)。

如果利用沿线扫查+相控阵电子扇扫描,所需的探头移动区最小。

2沿线扫查操作与锯齿扫查的一个重要不同点

沿线扫查操作与锯齿扫查的一个重要不同点是:前者不寻找最高波。

为什么沿线扫查操作不寻找最高波?因为采用沿线扫查的目的是实现自动化检测、快速检测、大批量检测和成像检测,如果规定要寻找最高波,上述四个目标都无法实现。

由于不寻找最高波,沿线扫查和锯齿扫查检测得到的信号波幅肯定不一样。由于脉冲反射法超声的缺陷定量是依赖信号波幅的,因此可以断言,两种扫查方法对缺陷的定量结果是不同的。

沿线扫查与锯齿扫查在缺陷定量方面存在差异,对产品质量安全是否有影响?制订标准时焊缝质量分级部分是否要考虑这一因素?需要三思而后定。

3、相控阵的灵敏度设置应该用什么试块?

常规超声的灵敏度设置在对比试块,例如CSK-ACSK-A上进行。设置灵敏度时需要用手按住探头,在试块上前后反复移动寻找横孔的最高波。这种操作方式实际上模仿了锯齿扫查的操作过程。

相控阵的基本扫查方式是沿线扫查,其灵敏度设置如果模仿锯齿扫查的操作在对比试块上进行是否合适?我认为不合适!理由很简单,工件上的相控阵检测不是这样扫的。

我认为:正因为相控阵技术是以沿线扫查方式对批量工件实施检测的,所以其灵敏度设置应该按沿线扫查方式操作,这样就不能使用CSK-ACSK-A之类的对比试块,而应该使用可以进行沿线扫查操作的试块,最好使用模拟试块。

4、相控阵的模拟试块应该是什么样子?

这里说的模拟试块是指用焊接试板加工的试块,也就是说试块上有模拟工件结构的焊缝。模拟试块的材质、尺寸、形状、焊缝坡口与工件应相同或相近,在模拟试块的焊缝上不同位置钻几个横孔用来设置灵敏度。设置灵敏度时,探头应连接编码器按沿线扫查方式在试板上扫过去。

5、用模拟试块设置相控阵的灵敏度有什么好处?

用模拟试块和沿线扫查方式来设置灵敏度有很多好处:首先是不再模仿锯齿扫查去寻找最高波,实际在工件中的扫查方式与设置灵敏度的扫查方式完全一致,都是沿线扫查,实际检测在工件中的灵敏度与模拟试板中的灵敏度完全一样;其次试块上不同位置的横孔可以给出焊缝不同位置的信号波幅,因此可以检查覆盖焊缝的声场情况和不同位置的灵敏度;第三是消除了材质、晶粒度、扫查面粗糙度的影响;第四是可以得到非相关信号,例如焊缝结构反射信号图谱上的位置,有助于数据判读时区分真伪缺陷。

6、模拟试块的制作是不是很麻烦?

也许您会说:试块制作需要送到试块加工厂,时间长,费用高,很麻烦。我说:并不麻烦,对于制造厂来说,焊两块试板,自己钻几个精度要求不高的孔是举手之劳。

也许您会问:试块的孔怎么能自己钻呢,自己钻的孔精度不够会不会影响灵敏度设置的准确性?我的看法是:问题不大。孔加工精度对波高的影响远低于常规超声或相控阵检测的其他因素,例如仪器自身的、探头自身的、试块材质的,以及扫查带来的误差等。


思考后话:目前国际国内的相控阵标准都没有提及两种扫查方式的差异,也没用强调使用模拟试块,我在这里提出这个问题,是想广泛听取大家意见,得到有识之士的真知灼见。

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发表评论 评论 (13 个评论)

回复 丁伟臣 2015-2-28 16:51
相控阵PA技术相对TOFD来说,在欧美应用十分普遍,我们应在充分消化吸收的基础上,大力发展。个人认为不应再走TOFD的老路了!
回复 小混混 2015-3-2 15:44
强总分析的相当有道理,用了好久相控阵从来没深入考虑过这些问题,受教了。期待思考3!
回复 ╰9〇後╮_屁孩 2015-3-3 09:58
那TCG的作用是?
回复 小混混 2015-3-3 13:58
╰9〇後╮_屁孩: 那TCG的作用是?
请看强总写的思考1:http://www.fendti.cn/home.php?mod=space&uid=2&do=blog&id=4419
回复 孙忠波 2015-3-3 20:54
我不是太同意在模拟试块上调节灵敏度,理由如下:
        对于缺陷波幅的定量,可以肯定的是,对同一缺陷,相控阵沿线扫查的波幅≤同角度(“同角度”是指与相控阵结果中对该缺陷回波最高的角度)锯齿扫查的波幅,其原因就是沿线扫查时探头的摆放位置固定,导致回波不一定是“最高波”。若想得到相控阵中该角度的“最高波”,即上述的符号变成“=”则需将探头微微移动即可,该移动量随声程及角度步进设置的增大而增大,但远小于探头布置位置所要求的误差。例如,45°声束在探测深度80mm处,要得到该角度的最大回波则需移动的距离为,80mm处45°角度与相邻角度间隙的一半,计算后约为1.4mm,该精度是在探头布置是几乎不能够达到的。因此,我认为不应考虑沿线扫查是否能够得到某角度声束的“最高波”。

而若是任选一个角度的常规超声锯齿扫查,对同一缺陷的回波波幅则不一定高于相控阵沿线扫查,其结果取决于常规超声探头角度的选择---这是大家熟知的---即,常规超声检测时,不同角度的探头对同一缺陷的回波波幅可能会有较大差异,但标准中的缺陷评级的原则,并非是针对某一个角度制定的,因此,同样存在不同角度探头检测结果不一致的问题。因此,我认为同样不应考虑沿线扫查时,因探头位置导致的焊缝中不同位置回波的特殊性,且横孔是没有角度选择性的。
回复 糟老头子 2015-3-4 21:53
我认同相控阵得到的回波高度≤常规超声波的,但这往往是不现实的。假设在相控阵仪器中设置一个40°到70°的扇形扫描,角度步距为1,要想上述关系式成立,需要使用40°、41°、42°。。。70°一共31个斜探头都做锯齿形扫查。
而且我认为可以用CSK-2A或3A作为相控阵灵敏度的校验,理由如下:
如孙工所说,横孔相对于声束入射方向是圆形的,任何的入射角都可以得到最高波。在试块上做前后扫查是为了找到所有角度的最高波,和常规超声其实是一样的。
“用模拟试块设置相控阵的灵敏度有什么好处?”,如果这个好处是相比常规超声,那么我不太认同:
1.沿线扫查同样可以得到在试块上设置时的灵敏度;
2.第三和第四个好处常规超声也面临同样的问题。
回复 强天鹏 2015-3-5 18:20
1、在CSK-2A或3A上无法进行沿线扫查的操作,也无法获得灵敏度设置的图谱;
2、用CSK-2A或3A设置相控阵超声灵敏度时,探头在试块上前后反复行走多次,这样扫查设置的灵敏度和在工件上沿线扫查的灵敏度是有差距的;
3、我觉得推广使用模拟试块是提高检测质量非常重要的因素,不仅相控阵,而且包括常规超声,尤其对非简单结构焊缝或异型焊缝。
4、请注意成像检测和不成像检测,可记录检测和不记录检测,批量检测和零星检测的差异。对可记录的成像检测,缺陷识别和评定是离线的,即使发现疑点想复查,复查却是不可能的,使用模拟试块可以减少此类困惑。
回复 furulong 2015-3-9 08:51
个人认为,不管是采用对比试块还是模拟试块,如果采用的人工缺陷是横孔,效果是一样的。个人觉得灵敏度的设置可以这样,当探头位置固定时,将所需参考横孔的波高设置到一定高度即可,当然,扇扫高度覆盖可以是一个横孔,也可以是几个横孔。当然,其实本人是不太同意相控阵采用沿线扫查的方式的,这样虽然扫查速度提升了,但是和TOFD检测对比没有什么优势,所以标准的制定不应该走TOFD的老路,而是把更多的精力放在如何对缺陷的评定上,相控阵检测的优势应该尽量在标准中体现。
回复 liuhonghui 2015-3-9 09:26
强老师,您提到模拟试块这个名词,英文名词是什么,因为试块用途分类叫法不一。在焊接上对于复杂结构焊接前要做焊接模拟件,英文是make   up,您提到的模拟试块是否有此含义呢?谢谢
回复 liuhonghui 2015-3-9 09:26
强老师,您提到模拟试块这个名词,英文名词是什么,因为试块用途分类叫法不一。在焊接上对于复杂结构焊接前要做焊接模拟件,英文是make   up,您提到的模拟试块是否有此含义呢?谢谢
回复 小雨风波 2015-3-10 21:00
常规超声是单角度扫描,而相控阵是多角度检测,这个和缺陷的走向也有关系,那种的灵敏度高好像不好说明。
回复 强天鹏 2015-3-10 23:20
liuhonghui: 强老师,您提到模拟试块这个名词,英文名词是什么,因为试块用途分类叫法不一。在焊接上对于复杂结构焊接前要做焊接模拟件,英文是make   up,您提到的模拟试块 ...
应该就是make up。
回复 丁伟臣 2015-3-17 21:06
老刘讲的应该是“mockup ”
在PA检测中,我赞同强总的观点,但有点不太相同的是我更看中“规程演示可靠性验证”。由于国内带有自然缺陷的试块制造水平有限,也限制了该项工作的推广和应用。

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