全自動(dòng)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)及在環(huán)焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用

　　摘要：全自動(dòng)相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)是在斷裂力學(xué)（ECA）的基礎(chǔ)上，采用區(qū)域劃分法，將焊縫分成垂直方向上的若干個(gè)區(qū)，再由電子系統(tǒng)控制相控陣探頭對(duì)其進(jìn)行分區(qū)掃查。檢測(cè)結(jié)果以雙門帶狀圖的形式顯示，在輔以TOFD（衍射時(shí)差法）和Ｂ掃描功能，對(duì)焊縫進(jìn)行分析、判斷。全自動(dòng)相控陣超聲儀在國(guó)外已被廣泛應(yīng)用于管道環(huán)焊縫的檢測(cè)。
　　主題詞：全自動(dòng)超聲波   區(qū)域劃分法  相控陣  帶狀顯示  TOFD
　　全自動(dòng)超聲波在國(guó)外已被大量應(yīng)用于長(zhǎng)輸管線的環(huán)焊縫檢測(cè)，且越來越成為一種趨勢(shì)。與傳統(tǒng)手動(dòng)超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)相比，其在檢測(cè)速度、缺陷定量準(zhǔn)確性、減少環(huán)境污染、降低作業(yè)強(qiáng)度等方面有著明顯的優(yōu)越。加拿大R/D Tech公司生產(chǎn)的Pipe WIZARD相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)是專用于長(zhǎng)輸管線環(huán)焊縫的檢測(cè)設(shè)備。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、脈沖發(fā)生單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、相控陣探頭、工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器等組成。系統(tǒng)在Windows NT界面下運(yùn)行Pipe WIZARD操作軟件，完成對(duì)焊縫的線性掃查、實(shí)時(shí)顯示、結(jié)果評(píng)判。對(duì)其基本原理，筆者根據(jù)自己在實(shí)際工作中的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)在此作一簡(jiǎn)單介紹。
　　本文使用的焊縫參數(shù)如下。坡口形式CRC；壁厚Ｔ＝16.4mm；焊接方法：全自動(dòng)焊接。
　　一、 基本原理
　　1.區(qū)域劃分法
　　采用全自動(dòng)超聲檢測(cè)的關(guān)鍵是“區(qū)域劃分法”。根據(jù)壁厚、坡口形式、填充次數(shù)將焊縫分成幾個(gè)垂直的區(qū)。每個(gè)分區(qū)的高度一般為1－3mm，每個(gè)區(qū)都由一組獨(dú)立的晶片進(jìn)行掃查（這種分區(qū)的掃查被稱為Ａ掃）。檢測(cè)主聲束的角度按照主要缺陷的方向來設(shè)定（在自動(dòng)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(jìn)行掃查，焦點(diǎn)尺寸一般為2mm或更小。它們可以有效的檢測(cè)各自的區(qū)域，而且臨近區(qū)域反射體上的重疊最小。每個(gè)分區(qū)以焊縫中心線為界，分為上游、下游兩個(gè)通道，其檢測(cè)結(jié)果在帶狀圖上以相對(duì)應(yīng)的通道顯示出。圖1.1為CRC坡口、壁厚為14.6mm焊縫的區(qū)域劃分圖。從根部依次為：根焊區(qū)、鈍邊區(qū)（LCP）、熱焊1區(qū)、熱焊2區(qū)、熱焊3區(qū)、填充1區(qū)、填區(qū)2區(qū)、填充3區(qū)。
　　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(xù)性的形狀。其大小和方向提供出比單個(gè)或多個(gè)換能器系統(tǒng)更大的能力。有三種主要陣列類型：線性、面狀和環(huán)行。在一個(gè)相控陣列中相位轉(zhuǎn)換是用電子系統(tǒng)控制，通過超聲發(fā)射器通向每個(gè)換能器。相控陣列除有效地控制超聲形狀和方向外，還實(shí)現(xiàn)和完善了復(fù)雜的動(dòng)態(tài)聚焦和實(shí)時(shí)掃描。（參見《美國(guó)無損檢測(cè)手冊(cè)》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(gè)。晶片成間隔狀直線性分布在探頭中。通常使用兩個(gè)陣列探頭分布于焊縫兩側(cè)。它能產(chǎn)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(qū)掃查所需要的各種角度。
　　3. 標(biāo)準(zhǔn)試塊
　　校準(zhǔn)試塊用于調(diào)整掃查靈敏度，確定缺陷位置，校驗(yàn)儀器校準(zhǔn)準(zhǔn)確性。試塊根據(jù)分區(qū)掃查原理，針對(duì)自動(dòng)焊易出現(xiàn)的主要缺陷（主要指?jìng)?cè)壁未熔合），用標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)。
　　從鈍邊到填充3，每個(gè)區(qū)都設(shè)定一個(gè)φ2mm平底孔。有時(shí)在表面熔合線處設(shè)置方槽（長(zhǎng)10－20mm，寬2mm，深1mm），用于檢測(cè)焊趾線裂紋。根據(jù)檢測(cè)需要還可設(shè)置附加反射體（如圖3.2），用于B掃描調(diào)節(jié)。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(xué)

共同學(xué)習(xí)