相控陣檢測技術在缺陷定位、定性、定量準確性的探討

肖武華 孔令昌

(廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院，廣東 珠海 519002)

0 引言

相控陣超聲檢測作為一種新型的特殊無損檢測技術，隨著其系統設計、生產及測試、應用等已取得一系列進展，將成為無損檢測的重要方法之一。相控陣憑借其多晶片動態聚焦、計算機處理等先進技術，使之具有廣闊的應用和發展前景。相控陣有助于提高檢測的精確性、重現性及檢測結果的可靠性，增強檢測的實時性和直觀性，促進無損檢測的應用與發展，提高檢驗檢測質量和科技含量［1，2］。

相控陣技術是在A超超聲波檢測的基礎上發展起來的，相控陣檢測技術比起A超來說具有獨特的優勢，如其扇掃掃查面積大、可達性好，同時進行B、C掃并有現場實時記錄功能，可以模擬缺陷的3D圖像等;同時也帶有A超的一些弊端，如缺陷的定性和缺陷自身高度的測量還有一定的難度等。目前國內相控陣檢測還沒有現行的標準，大多屬于實驗室研究階段，有的已經用于現場輔助檢驗。對其檢測的可靠性還需進一步的驗證。

主要討論相控陣檢測技術對缺陷的定位、定性、定量的準確性，通過與TOFD、射線檢測和A超超聲波檢測的比較，來驗證其在缺陷定性、定位和定量的準確性。射線檢測在定性、測長和水平定位方面是最準確的，通過與射線檢測結果的比較，便可知相控陣檢測在缺陷定性、測長和水平定位方面的準確性如何。TOFD檢測技術在測量缺陷自身高度以及高度定位方面是最準確的，通過與TOFD檢測結果的比較，便可知相控陣檢測在測量缺陷自身高度和高度定位方面的準確性如何。再加上A超超聲波檢測的結果進行比較，進一步驗證其定量和定位的準確性。

1 檢測的儀器與試板

相控陣儀器為以色列ISONIC公司2009系列產品，探頭采用32位晶片11358型號探頭。委托山東濟寧磨具廠加工的8塊含有模擬缺陷的試板。下面挑選一塊11388試板來說明整個實驗的驗證過程。試板規格：300mm×300mm×15mm，材質為Q235B，焊接方法為手工電弧焊。

2 相控陣檢測缺陷定性分析

首先對試板進行RT檢測，底片見圖1。由圖中可以看出，試板內部共有三個缺陷：1#缺陷為夾渣缺陷，2#缺陷為未熔合缺陷，3#為未焊透缺陷。

圖1 11388試塊的射線檢測底片

對試板進行相控陣檢測，順利發現三個缺陷，在扇掃圖像中很難看出缺陷的性質。對三個缺陷進行B、C掃查，只能看出缺陷的在水平位置和高度位置的走勢，定性比較困難。對檢測結果進行3D模擬，只能模擬缺陷大概的形狀，仍然無法定性，見圖2。綜合分析相控陣各項檢測結果均難以判斷缺陷性質，但缺陷的檢出率和射線檢測是吻合的。

圖2 11388試塊3個缺陷相控陣檢測3D模擬圖

3 相控陣檢測缺陷定位分析

3.1 缺陷的水平定位

通過B、C掃查圖片對缺陷進行水平定位，缺陷位置在焊縫中心線附近，與圖中射線檢測底片中1#缺陷的水平定位基本吻合，且水平信息更豐富，左下角顯示了1#缺陷的水平寬度信息，缺陷的水平寬度從19.1mm到22.6mm(離探頭前沿的距離)，共3.4mm。

采用同樣方法確定2#和3#缺陷的水平定位均在焊縫中心線附近，與射線檢測結果相吻合。2#缺陷的水平寬度從17.9mm到20.2mm(離探頭前沿的距離)，共2.3mm。3#缺陷的水平寬度從21.6mm到23.8mm(離探頭前沿的距離)，共2.2mm。

3.2 缺陷的高度定位和自身高度的測量

通過B、C掃查圖確定1#缺陷高度從4.5mm到8.4mm，自身高度為4.0mm，見圖3。

圖3 1#缺陷相控陣檢測高度信息

采用TOFD對缺陷進行檢測，確定1#缺陷的高度信息，高度從5.5mm到8.2mm，共2.7mm，見圖4。采用A超UT確定1#缺陷高度為7.5mm，見圖5。

圖4 1#缺陷TOFD檢測高度信息

圖5 1#缺陷A超UT檢測高度信息

同樣采用三種檢測方法，得到2#和3#缺陷的高度，見表1。

表1 缺陷高度對比表

先比較缺陷的高度定位，通過表1可以看出三種檢測方法的結果基本吻合。再來比較缺陷自身高度，由于TOFD測量缺陷自身高度時，是通過測量缺陷的尖端的衍射信號［2］，受到的干擾因素比較少，故測量結果最準確的。通過表1比較TOFD和相控陣的檢測結果可以看出，相控陣測量缺陷自身高度誤差較大。原因在于相控陣測量缺陷自身高度的原理是脈沖反射法，受到儀器增益的大小、缺陷高度位置、表面的形狀和粗糙度等的影響，這些因素都會影響反射能量的大小，從而影響圖形的大小，最終影響缺陷自身高度的測量。

4 缺陷的測長

應用相控陣檢測得到1#缺陷長度信息：從57.8mm到88.9mm，共31.1mm長，見圖6。

圖6 1#缺陷相控陣檢測長度信息

再用TOFD檢測得到1#缺陷長度信息：從65.4mm到97.7mm，共32.3mm長，見圖7。

圖7 1#缺陷TOFD檢測長度信息

對X射線底片(圖2)測量得到1#缺陷長度信息：從60.2mm到92.9mm，共32.7長。

同理，可以得到2#和3#缺陷的長度信息，見下表2。

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通過表2對比相控陣、TOFD、射線檢測，測出的長度基本吻合，誤差較小。由于相控陣和TOFD測長均采用了編碼器，測出的長度信息還是比較準確的。

采用同樣的方法，我們比較了其余7塊有模擬缺陷的試板。得出的結果與11388試板類似，從而進一步驗證結果的可信性。

5 結論

(1)相控陣檢測在水平定位，高度定位以及定量比較準確;

(2)相控陣檢測在定性方面比起A超超聲波有進步的地方，能夠模擬出缺陷的3D圖像，大概了解缺陷的一些形狀特征，但確定缺陷性質比較困難。

(3)相控陣檢測在測量缺陷自身高度時，受到的干擾因素較多，誤差比TOFD大。

［1］鄭暉，林樹青.超聲檢測第2版［M］.北京.中國勞動社會保障出版社，2008.05：146-148.

［2］強天鵬.衍射時差法(TOFD)超聲波檢測技術［M］.北京.中國勞動社會保障出版社，2009.02：2-13.