中厚度對接焊縫相控陣檢測研究

路寶學

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島125105）

相控陣檢測（PAUT）是基于常規超聲檢測發展起來的新型檢測技術，其檢測原理是通過脈沖延遲觸發所產生聲波的不同相位疊加，來調節聲束角度或聚焦狀態的壓電晶片陣列。由于相控陣組元的延遲時間可動態改變，所以可用計算機軟件控制聲束角度、聚焦距離，并且可在同一位置作多角度檢測。

本文通過使用5.0L16-0.5-9探頭、8N55s楔塊,對10塊含有不同缺陷的中厚度（18、20、22、24、26、28、30 mm） 焊接試板進行PAUT檢測，并將檢測結果與射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）結果進行對比分析，確定PAUT檢測技術的優勢，為PAUT檢測的應用提供參考。

1 試驗方案

1.1 試驗對象及試驗程序

選擇在模具廠購買的10塊不同厚度（中厚度） 且具有典型缺陷（縱向裂紋、條形夾渣、未焊透、氣孔、橫向裂紋）的焊接試板，分別采用RT、UT和PAUT檢測技術對缺陷進行測定，試驗程序見表1所示。

表1 試驗程序

1.2 UT與PAUT檢測工藝特點分析

1.2.1 探頭

對于同一工件，PAUT檢測一般只使用一個探頭；UT檢測需要根據技術等級、工件厚度選用一個或多個探頭。

1.2.2 儀器校準

相控陣儀器除了要進行常規的測試校準外，一般還需要使用CSK-IA試塊進行ACG校準和RB-2試塊進行TCG校準。

1.2.3 掃查工藝

常規超聲檢測依據標準，采用鋸齒形掃查方式。在區別缺陷信號，確定缺陷的位置、方向和形狀時，也采用前后、左右、轉角、環繞等掃查方式。相控陣檢測通過建立工件模型，進行焊縫全體積聲束覆蓋模擬，確定中心距離，同時采用編碼器直線掃查方式。

1.2.4 缺陷定量

常規超聲檢測依據標準，采用缺陷回波波幅定量和缺陷測長定量，均由檢測人員在掃查操作時依據波形測定。相控陣檢測在實際檢測中借鑒常規超聲的定量方法，一般是在檢測人員完成掃查工作后，應用離線軟件根據存儲的波形、圖像數據進行6dB法測長。

1.3 試驗方法

UT檢測執行CB/T3559-2011標準，采用4Z10×10A45°、4Z10×10A60°、4Z10×10A70°三種角度探頭進行檢測。PAUT檢測參照執行ASTME2700-2009標準，采用5.0L16-0.5-9探頭，楔塊型號為8N55s，角度范圍40°～70°。RT檢測執行CB/T3558-2011標準進行評片。

2 檢測結果

采用三種檢測方法分別對典型缺陷試板進行檢測，其檢測結果如表2所示（以試板13210為例）。

表2 檢測結果統計單位：mm

3 檢測結果對比分析

3.1 缺陷檢出情況對比分析

3.1.1 面積型缺陷檢測結果對比分析

通過對試板中縱向裂紋檢測數據和未熔合缺陷檢測數據匯總后發現，對于聲束指向性要求高的面型缺陷（裂紋、未熔合），相控陣檢測的多種角度檢測的信噪比要高于常規超聲檢測。UT、PAUT測定缺陷長度大于RT測定缺陷長度。UT的三種不同角度探頭檢測結果與PAUT采用接近的探頭角度的檢測結果相差不大。

3.1.2 體積型缺陷檢測結果對比分析

對試板中條形夾渣和未焊透缺陷，RT、UT、PAUT三種檢測方法的測長結果匯總發現，測長沒有一致性特點，互有長短，但總體上的長度接近，相差不大。

3.1.3 橫向缺陷檢測結果分析

相控陣編碼器掃查，無法有效檢出橫向缺陷，射線和常規超聲斜平行法均可以發現橫向缺陷。因此對工件相控陣檢測中，如需要橫向缺陷檢測，應該增加有效的檢測手段。

3.2 檢測速度、安全等因素的比較

RT檢測效率太低，操作人員存在作業輻射危險，且必須配備防護措施。

UT檢測無放射性，但需要三種探頭對同一焊縫檢測，人為因素影響較大，效率低。

PAUT檢測無放射性，人為因素影響較小，檢測效率高。

4 結論

PAUT檢測結果與三種角度的UT檢測結果相接近，但UT效率低而PAUT效率高。

PAUT與RT相比，無放射性，人為因素影響較小，檢測效率高。

由于相控陣超聲檢測圖像的可視化，提高了缺陷的檢出能力和評定準確性。

PAUT編碼器掃查，無法有效檢出橫向缺陷，如有需要應該增加有效的檢測手段。

超聲波相控陣裝置的調試、靈敏度的校驗、參數的設置，均要求操作人員熟練掌握電腦軟件操作的能力。B、C、D三種顯示圖像，盡管直觀，但對圖形的識別仍要掌握一定技巧，并且要有一定的判斷經驗。

隨著相關相控陣檢測標準的出臺及相關培訓增多之后，綠色、環保、高效的相控陣檢測，應用會越來越廣泛。

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