您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測網(wǎng) 2018-08-23 14:18
工業(yè)射線照相檢測技術(shù)（RT）是一種經(jīng)受住了長時間考驗，并已被廣泛使用的無損檢測技術(shù)，該技術(shù)主要用于在產(chǎn)品制造完成后對其焊接接頭和熱影響區(qū)域進行檢測。但是，工業(yè)射線照相檢測技術(shù)也具有一些明顯的局限性，例如，它對取向錯誤的平面缺陷并不敏感，不能立即向檢測人員提供檢測反饋，并且還會對現(xiàn)場進行的其他工作造成一定干擾，此外還有一個大問題是，它具有一定的輻射，因此對人體健康也存在安全隱患。
超聲相控陣檢測技術(shù)（PAUT）是通過超聲探頭晶片的組合，按一定的規(guī)律逐次激發(fā)各個晶片，使所有晶片發(fā)射的超聲波形成一個整體波陣面，能有效地控制發(fā)射超聲束（波陣面）的形狀和方向，進而實現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。然后，采用機械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來實現(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或多個探頭系統(tǒng)更強大的能力。
利用相控陣探頭對焊縫進行檢測時，無需像普通單探頭那樣在焊縫兩側(cè)頻繁地來回前后左右移動，相控陣探頭只需沿著焊縫長度方向（平行于焊縫）進行直線掃描檢查，進而對焊接接頭進行全體積檢測。該掃描方式可借助于裝有陣列探頭的機械掃描器沿著精確定位的軌道滑動完成，也可采用手動方式完成，可實現(xiàn)快速檢測，并且檢測效率非常高。
現(xiàn)在，一些工業(yè)規(guī)范、標準和技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到允許使用超聲相控陣檢測技術(shù)來代替射線照相技術(shù)對奧氏體不銹鋼焊縫進行檢測。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)迅速擴展到石油、天然氣以及其他一些需要快速、可靠、安全地檢測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二維矩陣陣列探頭進行設(shè)置、部署以及處理最終檢測結(jié)果，而無需導(dǎo)入利用外部計算器創(chuàng)建的一些聚焦規(guī)則文件，也無需使用基于PC的先進軟件進行額外的遠程控制。目前，對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技術(shù)可以顯示出優(yōu)秀的檢測能力。標準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檢測區(qū)域，并且可以有效檢測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的低頻可以對異種金屬焊縫和其他衰減材料進行檢測，使用2～3.5 MHz可以對均質(zhì)鍛造不銹鋼基材和焊縫進行檢測。雙T/R（發(fā)射/接收）配置具有以下一些優(yōu)點：不存在近表面檢測“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）。就讓我們來了解一下用于奧氏體不銹鋼產(chǎn)品焊縫檢測的超聲相控陣檢測技術(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)進行產(chǎn)品檢查時，需要覆蓋到整個焊接位置和熱影響區(qū)域。通常情況下，在碳鋼焊縫檢測過程中，建議使用剪切波束從兩側(cè)對檢查區(qū)域進行聲穿透處理，同時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，但并不適用于對奧氏體焊接材料進行檢查。而且，對于所謂的CRA焊縫，由于在碳鋼管的內(nèi)徑處會存在抗腐蝕合金包層，導(dǎo)致不能有效地使用剪切波束來實施檢查。讓我們來看一下使用便攜式超聲相控陣檢測儀器和軟件對某個樣品進行的示例檢測，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。對于厚度在15~50毫米之間的壁厚，1.5~2.25MHz之間的頻率被認為是非常合適的，當然，這還取決于基材的衰減。通過優(yōu)化楔角和矩陣探頭的元件配置，可以在沒有相關(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，因為這樣可以允許將聲束出射點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
304不銹鋼板焊縫試樣
在TRL模式下，利用標準的2.25MHz雙10×3矩陣陣列對304不銹鋼板焊縫進行檢測評估，測試樣品壁厚為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：利用標準的2.25MHz雙10×3矩陣陣列對304不銹鋼板焊縫進行檢測評估
圖3顯示了整個焊縫長度上來自所有折射角度（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?shù)能浽鲆嬖O(shè)置。通過對投影柵進行充分定位可以有效促進數(shù)據(jù)解析過程。
圖4：將從焊縫的一端檢測到的所有單個缺陷數(shù)據(jù)進行合并后的vc端視圖
圖4顯示了使用相同的合并數(shù)據(jù)組生成的各個缺陷的圖像。讓我們來看看檢測結(jié)果：
通過上下邊緣的非鏡面反射檢測到焊縫近側(cè)含有熔合不完全缺陷。
一個不完整的穿透缺陷（1.5毫米高），它很容易與常規(guī)回波信號進行區(qū)分進而被檢測出來；實際上，低折射角對焊縫兩側(cè)的ID裂紋也有良好的檢測能力；通過解析尖端信號，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近表面裂紋，而不會有旁瓣信號產(chǎn)生的噪聲。
可以很好地檢測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
在進行檢測之前，如果你不希望移除焊縫的蓋面，可以采用一種替代性檢測技術(shù)來檢測管焊縫的軸向（橫向）裂紋：單矩陣陣列探頭在脈沖回波模式下可用于探測蓋面下的聲束。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到焊縫近側(cè)的缺陷。理想情況下，應(yīng)該從四個光束方向來檢查焊縫（如圖5所示），并且需要兩個對稱的楔形組件來從相反方向進行檢查，即順時針和逆時針方向。
圖5：不銹鋼蓋面焊縫的軸向裂紋檢測
根據(jù)陣列中各個元件的頻率和大小，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，相對于掃描軸方向，在25°～50°之間形成4或5個傾斜角，在每個搜索單元位置發(fā)射超過50個聲束，如圖6所示，這些看似復(fù)雜的處理過程交給一個PAUT設(shè)備加上一個機載計算器就很容易可以完成了。
圖6：蓋面焊縫的軸向裂紋檢測設(shè)置
通常使用雙線檢查序列來完全覆蓋檢查體積。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確定。第一條掃描線應(yīng)盡可能靠近焊縫底部，旨在檢測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。探頭組件的實際大小將被優(yōu)化，以使射束出射點能夠盡可能接近焊縫根部，而不會在楔形物中產(chǎn)生大量的內(nèi)部反射。
實踐證明，這種檢測方法對于檢測軸向缺陷非常有效。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數(shù)據(jù)
（各種傾斜角度）：常規(guī)投影視圖（左）和極坐標視圖（右）
先進的超聲相控陣檢測技術(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)以及其他需要對奧氏體焊縫進行可靠檢查的行業(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儀器、功能強大的配套軟件和二維矩陣陣列探頭的不斷進步發(fā)展，這種無損檢測技術(shù)將具有更高的檢測效率和成本效益。
來源：無損檢測NDT
關(guān)于我們 聯(lián)系我們 營業(yè)執(zhí)照 全國服務(wù)電話：400-818-0021 嘉峪檢測版權(quán)所有 備案號：京ICP備14047019號-2 
京公網(wǎng)安備11010802046783號
