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《钢焊缝相控阵超声波探伤新技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2002年第3期 无损探伤 (双月刊)1综钢焊缝相控阵超声波探伤新技术述李 衍(无锡华光锅炉股份有限公司 无锡214028)摘 要 介绍国外采用超声波相控阵技术检测钢焊缝的最新进展。此法采用电子扫描加机械扫查,能大大提高检则效率;结合相控阵TOFD法,可使面状缺陷的检出与定量更为精确、有效。在探伤结果的自动记录图上,除A型显示外,还有B型、C型和D型显示,提供了缺陷的三向视图。此技术在国内已用于西气东运长输管道焊缝的现场检测,并可望在近期用于锅炉压力容器焊缝的制造验收检测和在役定期检测。关键词 超声波探伤 钢焊缝 相控阵 TOFD法引言
2、当电子线路的排列是使各个或一组压电元件按一定程序产生脉冲时,此阵列就称为已程序化。按直自20世纪90年代中期起,超声波相控阵技术线程序化的阵列即线阵在某一时刻由其中一个元件就开始在欧、美、日用于压力容器和压力管道熔化焊发射脉冲,而其他元件接收脉冲,依次轮换;当然,也缝的质量检测,也用于一些重要机电设备如汽轮机可使各个元件分别采用脉冲回波方式。叶片(根部)和涡轮圆盘等内部缺陷的检测。相控阵超声波探伤法有四大特点:(1)可用计算机软件控制声束角度、聚焦距离和焦点尺寸;(2)可用单个小型的电控多元探头在同一位置作多角度检测;(3)可对复杂的几何形状进行检测,其机动、
3、灵活性较大;(4)配置机械夹具,可对整(a)10单元线阵 (b)4×4方阵 (c)4单元环阵图1 典型的压电元件阵列模式个试件作高速、全面扫查。本文侧重于介绍相控阵法在压力容器和压力管阵列内的压电元件(简称组元)通常很小,呈平道焊缝检测方面的应用及其成效。此法是当今无损面状。若几个组元同时触发(如用“漆刷”探头),则产检测挑战极限的UT新技术,它采用相控阵UT斜生的超声波前是各元件产生的不同球面波的干涉结探法加相控阵TOFD法(即衍射波时差法),可有效果。此结果类似于尺寸与多元阵列相同的某一平面地检出钢焊缝中的各种面状缺陷和体积状缺陷。在元件所发射的波
4、前。若阵列内每一相继组元的触发探伤结果的自动记录图上,有被检焊缝和缺陷的A、均延迟一定时间(短于发射信号半周期),则由干涉B、C、D四种显示(即直角座标、横截面、平面、纵截产生的波前其声束入射角可用电子方法来控制。图面显示),为缺陷定位、定量、定性、定级提供了丰富2即表示阵列各组元触发时间延迟递增的线阵效的信息源。应。同样,用电子方法改变阵列组元的触发延迟时间,也可使声束达到聚焦目的,见图3。1 相控阵原理通过脉冲延迟触发所产生的不同相位干涉,来1.1 阵列模式调节声束角度或聚焦状态的压电元件阵列,就称为多个压电元件有时可按一定模式组成一体,按相控阵。由于相控
5、阵组元的延迟时间可动态改变,所组成形状大致可分线阵、方阵和环阵三种(见图1)。以使用相控阵探头探伤主要是利用它的两大特点:1.2 工作原理(1)声束角度可控;(2)可动态聚焦。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2 无损探伤 (双月刊)2002年第3期角座标显示——A型显示:横轴表示超声波传播时间(距离),纵轴表示波幅高度(缺陷大小)。但实际上,缺陷回波信号往往不与缺陷大小成正比。使用相控阵UT时,在检测监控器荧光屏和图像记录系统中还有:(
6、1)根据A扫描数据由积分电路演算出的焊缝宽度方向的横截面显示——B型显示;(2)焊缝长度方向的纵截面显示——D型显示;(3)被检焊缝在水平面上的投影显示——C型显示(有时又称P型显示)。由此所提供的缺陷在焊缝中的三向视图图2 相控阵探头改变声束入射角的原理(前视、侧视、下视),为缺陷准确定位、定性、定量创造了有利条件。(a)用充水耦合的焊缝相控阵斜探法图3 相控阵聚焦原理2 相控阵UT利用若干分列的小压电元件,用电子方法控制各组元的触发时间,就能使超声波主声束往任意方向传播,且声束可在任意深度位置聚焦。显然,用相控阵UT,因可灵活选定探伤角度,按试件厚度选定(
7、b)充水耦合时的声束扫查方式聚焦条件(焦点位置焦柱长度),故可针对试件材质、图4 焊缝超声相控阵斜探法示例板厚选定最佳条件进行探伤。另外,结合TOFD法图5是B、C两种扫描显示的示意图,图6是D(衍射时差法),探伤结果有B、C、D型三向实时显示型扫描显示的示意图。前两种声成像方式早在20世记录,对缺陷定位、定性、定量颇为有利,再加上必要纪70年代就已推出。的探伤机械装置,就能实现探伤高速化。因此近年来相控阵UT在国外已越来越多地应用于各种焊接结构件的探伤。2.1 焊缝斜探伤用相控阵探头对焊缝作横波斜探伤时,无需象普通单探头那样在焊缝两侧频繁地来回前后移动,而焊
8、缝长度方向的全体积扫查,可借助于装有阵
