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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2018-08-23 14:18
工業(yè)射線照相檢測(cè)技術(shù)（RT）是一種經(jīng)受住了長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)，并已被廣泛使用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)主要用于在產(chǎn)品制造完成后對(duì)其焊接接頭和熱影響區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。但是，工業(yè)射線照相檢測(cè)技術(shù)也具有一些明顯的局限性，例如，它對(duì)取向錯(cuò)誤的平面缺陷并不敏感，不能立即向檢測(cè)人員提供檢測(cè)反饋，并且還會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的其他工作造成一定干擾，此外還有一個(gè)大問(wèn)題是，它具有一定的輻射，因此對(duì)人體健康也存在安全隱患。
超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)（PAUT）是通過(guò)超聲探頭晶片的組合，按一定的規(guī)律逐次激發(fā)各個(gè)晶片，使所有晶片發(fā)射的超聲波形成一個(gè)整體波陣面，能有效地控制發(fā)射超聲束（波陣面）的形狀和方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。然后，采用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的成像。它在確定不連續(xù)性缺陷的形狀、大小和方向等方面顯示出了比單個(gè)或多個(gè)探頭系統(tǒng)更強(qiáng)大的能力。
利用相控陣探頭對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，無(wú)需像普通單探頭那樣在焊縫兩側(cè)頻繁地來(lái)回前后左右移動(dòng)，相控陣探頭只需沿著焊縫長(zhǎng)度方向（平行于焊縫）進(jìn)行直線掃描檢查，進(jìn)而對(duì)焊接接頭進(jìn)行全體積檢測(cè)。該掃描方式可借助于裝有陣列探頭的機(jī)械掃描器沿著精確定位的軌道滑動(dòng)完成，也可采用手動(dòng)方式完成，可實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，并且檢測(cè)效率非常高。
現(xiàn)在，一些工業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到允許使用超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)來(lái)代替射線照相技術(shù)對(duì)奧氏體不銹鋼焊縫進(jìn)行檢測(cè)。自從大約在15年前首次被核電廠大規(guī)模采用后，雙（二維）矩陣陣列探頭組件的使用已經(jīng)迅速擴(kuò)展到石油、天然氣以及其他一些需要快速、可靠、安全地檢測(cè)高度衰減奧氏體不銹鋼焊縫的工業(yè)領(lǐng)域中。
二維矩陣技術(shù)
具有強(qiáng)大嵌入式軟件的最新便攜式相控陣單元可以快速有效地對(duì)二維矩陣陣列探頭進(jìn)行設(shè)置、部署以及處理最終檢測(cè)結(jié)果，而無(wú)需導(dǎo)入利用外部計(jì)算器創(chuàng)建的一些聚焦規(guī)則文件，也無(wú)需使用基于PC的先進(jìn)軟件進(jìn)行額外的遠(yuǎn)程控制。目前，對(duì)于不銹鋼及異種金屬焊縫的圓周和軸向缺陷，基于二維矩陣陣列探頭的檢測(cè)技術(shù)可以顯示出優(yōu)秀的檢測(cè)能力。標(biāo)準(zhǔn)化的二維矩陣陣列配置可以有效地覆蓋不銹鋼焊縫的整個(gè)檢測(cè)區(qū)域，并且可以有效檢測(cè)出平面缺陷和體積缺陷。
置于可交換楔形組件上的二維矩陣陣列的輪廓，需要與所考慮組件的OD表面相匹配。使用1.5 MHz的低頻可以對(duì)異種金屬焊縫和其他衰減材料進(jìn)行檢測(cè)，使用2～3.5 MHz可以對(duì)均質(zhì)鍛造不銹鋼基材和焊縫進(jìn)行檢測(cè)。雙T/R（發(fā)射/接收）配置具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：不存在近表面檢測(cè)“盲區(qū)”；消除楔形內(nèi)部反射造成的干擾回波；由T和R波束的卷積能夠獲得更好的靈敏度和SNR（信噪比）。就讓我們來(lái)了解一下用于奧氏體不銹鋼產(chǎn)品焊縫檢測(cè)的超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)。
與焊縫平行的缺陷
在利用超聲相控陣技術(shù)代替射線照相技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品檢查時(shí)，需要覆蓋到整個(gè)焊接位置和熱影響區(qū)域。通常情況下，在碳鋼焊縫檢測(cè)過(guò)程中，建議使用剪切波束從兩側(cè)對(duì)檢查區(qū)域進(jìn)行聲穿透處理，同時(shí)采用后半程跳躍獲得焊縫缺陷的鏡面反射。類似的剪切波技術(shù)在較低的頻率下可用于檢查不銹鋼焊縫的近側(cè)斜面區(qū)域，但并不適用于對(duì)奧氏體焊接材料進(jìn)行檢查。而且，對(duì)于所謂的CRA焊縫，由于在碳鋼管的內(nèi)徑處會(huì)存在抗腐蝕合金包層，導(dǎo)致不能有效地使用剪切波束來(lái)實(shí)施檢查。讓我們來(lái)看一下使用便攜式超聲相控陣檢測(cè)儀器和軟件對(duì)某個(gè)樣品進(jìn)行的示例檢測(cè)，其示意圖如圖1所示。
圖1：TRL模式下的二維矩陣陣列裝置
通過(guò)使用二維矩陣陣列探頭，可以產(chǎn)生從30°到85°的折射縱波波束，以完全覆蓋需檢查體積。對(duì)于厚度在15~50毫米之間的壁厚，1.5~2.25MHz之間的頻率被認(rèn)為是非常合適的，當(dāng)然，這還取決于基材的衰減。通過(guò)優(yōu)化楔角和矩陣探頭的元件配置，可以在沒(méi)有相關(guān)旁瓣的情況下有效地產(chǎn)生大掃描折射角（如圖2所示）。值得一提的是，楔形組件在入射平面上的占地面積應(yīng)保持最小，因?yàn)檫@樣可以允許將聲束出射點(diǎn)盡可能地靠近焊縫定位處。
圖2：2.25MHz的雙10X3矩陣陣列（TRL）的設(shè)計(jì)
304不銹鋼板焊縫試樣
在TRL模式下，利用標(biāo)準(zhǔn)的2.25MHz雙10×3矩陣陣列對(duì)304不銹鋼板焊縫進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，測(cè)試樣品壁厚為25mm。該試樣具有典型的V形坡口和表面焊接狀態(tài)，并且包含與焊縫平行的焊接缺陷。
圖3：利用標(biāo)準(zhǔn)的2.25MHz雙10×3矩陣陣列對(duì)304不銹鋼板焊縫進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估
圖3顯示了整個(gè)焊縫長(zhǎng)度上來(lái)自所有折射角度（從30°到85°LW）的合并相控陣數(shù)據(jù)的圖像。其中數(shù)據(jù)采集是在低增益設(shè)置下進(jìn)行的，以避免高反射率缺陷飽和。16位數(shù)據(jù)分辨率可以為各種缺陷類型提供適當(dāng)?shù)能浽鲆嬖O(shè)置。通過(guò)對(duì)投影柵進(jìn)行充分定位可以有效促進(jìn)數(shù)據(jù)解析過(guò)程。
圖4：將從焊縫的一端檢測(cè)到的所有單個(gè)缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行合并后的vc端視圖
圖4顯示了使用相同的合并數(shù)據(jù)組生成的各個(gè)缺陷的圖像。讓我們來(lái)看看檢測(cè)結(jié)果：
通過(guò)上下邊緣的非鏡面反射檢測(cè)到焊縫近側(cè)含有熔合不完全缺陷。
一個(gè)不完整的穿透缺陷（1.5毫米高），它很容易與常規(guī)回波信號(hào)進(jìn)行區(qū)分進(jìn)而被檢測(cè)出來(lái)；實(shí)際上，低折射角對(duì)焊縫兩側(cè)的ID裂紋也有良好的檢測(cè)能力；通過(guò)解析尖端信號(hào)，可以從焊縫近側(cè)精確地確定小裂紋的尺寸。
高角度縱波波束可以很好地檢測(cè)近表面裂紋，而不會(huì)有旁瓣信號(hào)產(chǎn)生的噪聲。
可以很好地檢測(cè)到焊接材料中心的一組孔隙，并充分展現(xiàn)了縱向波束在焊接材料中的傳播能力。
不銹鋼蓋面焊縫的軸向裂紋檢測(cè)
在進(jìn)行檢測(cè)之前，如果你不希望移除焊縫的蓋面，可以采用一種替代性檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)管焊縫的軸向（橫向）裂紋：?jiǎn)尉仃囮嚵刑筋^在脈沖回波模式下可用于探測(cè)蓋面下的聲束。由于聲束基本上在基體材料中傳播，因此剪切波可以非常可靠地檢測(cè)到焊縫近側(cè)的缺陷。理想情況下，應(yīng)該從四個(gè)光束方向來(lái)檢查焊縫（如圖5所示），并且需要兩個(gè)對(duì)稱的楔形組件來(lái)從相反方向進(jìn)行檢查，即順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较颉?/span>
圖5：不銹鋼蓋面焊縫的軸向裂紋檢測(cè)
根據(jù)陣列中各個(gè)元件的頻率和大小，可以優(yōu)化楔塊組件以產(chǎn)生折射角在40°～65°之間的剪切波束，相對(duì)于掃描軸方向，在25°～50°之間形成4或5個(gè)傾斜角，在每個(gè)搜索單元位置發(fā)射超過(guò)50個(gè)聲束，如圖6所示，這些看似復(fù)雜的處理過(guò)程交給一個(gè)PAUT設(shè)備加上一個(gè)機(jī)載計(jì)算器就很容易可以完成了。
圖6：蓋面焊縫的軸向裂紋檢測(cè)設(shè)置
通常使用雙線檢查序列來(lái)完全覆蓋檢查體積。兩條掃描線的軸向位置需要根據(jù)管道厚度和焊接冠部寬度來(lái)確定。第一條掃描線應(yīng)盡可能靠近焊縫底部，旨在檢測(cè)位于焊接根部附近的缺陷，而第二條掃描線應(yīng)完成熱影響區(qū)域的覆蓋。探頭組件的實(shí)際大小將被優(yōu)化，以使射束出射點(diǎn)能夠盡可能接近焊縫根部，而不會(huì)在楔形物中產(chǎn)生大量的內(nèi)部反射。
實(shí)踐證明，這種檢測(cè)方法對(duì)于檢測(cè)軸向缺陷非常有效。圖7顯示了在不銹鋼焊縫的軸向裂紋上獲得的相控陣圖像，可以看出該裂紋以各種傾斜角度被檢測(cè)到，并且呈現(xiàn)出較高的信噪比。
圖7：不銹鋼焊縫軸向裂紋的相控陣合并檢測(cè)數(shù)據(jù)
（各種傾斜角度）：常規(guī)投影視圖（左）和極坐標(biāo)視圖（右）
先進(jìn)的超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的射線照相技術(shù)具有許多的好處，并且已經(jīng)引起了石油、天然氣、電力、制造業(yè)以及其他需要對(duì)奧氏體焊縫進(jìn)行可靠檢查的行業(yè)領(lǐng)域的高度關(guān)注。而且，隨著完全集成的超聲相控陣檢測(cè)儀器、功能強(qiáng)大的配套軟件和二維矩陣陣列探頭的不斷進(jìn)步發(fā)展，這種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將具有更高的檢測(cè)效率和成本效益。
來(lái)源：無(wú)損檢測(cè)NDT
