徐火力，楊天雪，石 祥，龔凌諸

（1.廈門市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院，福建廈門 361004；2.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建福州 350008；3.福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福建福州 350118）

無損檢測是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平，其重要性已得到公認(rèn)[1-4]。 目前，無損檢測技術(shù)按照檢測原理和檢測方法可分成70余種，其中最常用的有5種，分別是滲透檢測法、磁粉檢測法、渦流檢測法、射線檢測法及超聲檢測法[5]。近年來，新材料、新技術(shù)不斷得到開發(fā)和利用，常規(guī)超聲檢測的應(yīng)用局限性越來越明顯，應(yīng)用更方便、更準(zhǔn)確、更簡潔的新型超聲檢測技術(shù)成為一種迫切需要[6]。

超聲波衍射時差法（TOFD）檢測技術(shù)和超聲相控陣檢測技術(shù)是應(yīng)用潛力較大的新型無損檢測技術(shù)[7-8]。其中，超聲相控陣檢測操作過程簡單，特別適用于特殊結(jié)構(gòu)的缺陷檢測[9-19]，應(yīng)用更為廣泛。文中以預(yù)置未熔合、未焊透、裂紋、氣孔及夾渣等缺陷的人工模擬試塊為研究對象，將相控陣探頭放在4個不同位置，利用超聲相控陣檢測方法對其進(jìn)行檢測試驗(yàn)研究，查看該方法檢測缺陷的能力和準(zhǔn)確性，分析總結(jié)其特點(diǎn)。

1 人工模擬試塊參數(shù)

文中所用人工模擬試塊為山東濟(jì)寧磨具廠生產(chǎn)的SK-30焊縫自然缺陷試塊，該試塊規(guī)格為400 mm×400 mm×30 mm。試塊上左到右依次預(yù)置有裂紋、未熔合、未焊透、氣孔和夾渣缺陷各1處，缺陷類型及位置示意圖見圖1，缺陷的特征尺寸參數(shù)見表1。

圖1 人工模擬試塊預(yù)置缺陷類型及位置示圖

表1 人工模擬試塊缺陷特征尺寸參數(shù)

2 超聲相控陣檢測

2.1 試驗(yàn)儀器

SyncScan16PT是一款集相控陣、TOFD、通用超聲（UT）、測厚四大功能模塊為一體、高性價比的便攜式成像檢測設(shè)備[20],可應(yīng)用于各種焊縫、鍛件鑄件、復(fù)合材料、汽輪機(jī)組件、管道等的檢測以及材料厚度的測量等。

2.2 檢測參數(shù)

相控陣檢測偏轉(zhuǎn)示意圖見圖2。對焊縫兩側(cè)進(jìn)行單線掃查，兩側(cè)各2次共4次,圖2中，數(shù)字1～數(shù)字4分別表示4次不同的探頭位置。以焊縫中心線為軸偏移0點(diǎn)，單側(cè)的2次偏移量分別設(shè)為12 mm和30 mm，偏移量為在30 mm時可實(shí)現(xiàn)焊縫全覆蓋。

圖2 相控陣檢測偏轉(zhuǎn)示圖

2.3 不同探頭位置檢測圖形及數(shù)據(jù)

2.3.1 探頭1位置

探頭1位置只檢測出未焊透缺陷，已知預(yù)置未焊透缺陷長度為28 mm，深度為20 mm。位置1未焊透缺陷圖譜見圖3。

圖3 探頭1位置未焊透缺陷檢測圖

圖3中，左上角為缺陷的扇掃示意圖，右側(cè)下為缺陷主視圖，右側(cè)上為缺陷的俯視圖，框線表示缺陷的位置，文中其他探頭位置的缺陷檢測圖表示均與圖3相同。由圖3可以知道，檢測出的未焊透缺陷深度為20.7 mm，長度為11.0 mm，高度為4.8 mm。

2.3.2 探頭2位置

探頭2位置共檢測出兩處缺陷，分別是未焊透缺陷和氣孔缺陷。其中，已知預(yù)置未焊透缺陷長度為 28 mm，深度為20 mm，檢測出的未焊透缺陷檢測圖見圖4。由圖4可知，未焊透缺陷深度為20.9 mm，長度為 8.0 mm，高度為 4.6 mm，位置位于167～175 mm段。

圖4 探頭2位置未焊透缺陷檢測圖

已知預(yù)置氣孔缺陷深度為24 mm，檢測出的氣孔缺陷檢測圖見圖5。由圖5可知，氣孔缺陷深度為23.0 mm，位置位于213 mm處。

圖5 探頭2位置氣孔缺陷檢測圖

2.3.3 探頭3位置檢測

探頭3位置共檢測出4處缺陷，分別是未焊透缺陷、氣孔缺陷、裂紋缺陷和夾渣缺陷。其中，已知預(yù)置未焊透缺陷長度為28 mm，深度為20 mm，檢測出的未焊透缺陷見圖6。由圖6可知，未焊透缺陷深度為 21.2 mm，長度為 14.0 mm，位置位于167～175 mm。

圖6 探頭3位置未焊透缺陷檢測圖

已知預(yù)置氣孔缺陷深度為24 mm，檢測出的氣孔缺陷見圖7。由圖7可知，氣孔缺陷深度為23.9 mm，位置位于206 mm處。

圖7 探頭3位置氣孔缺陷檢測圖

已知預(yù)置裂紋缺陷長度為27 mm，深度為26 mm,檢測出的裂紋缺陷見圖8。由圖8可知，裂紋缺陷深度為26.1 mm，位置位于21 mm處。

圖8 探頭3位置裂紋缺陷檢測圖

已知預(yù)置夾渣長度為25 mm，深度為6 mm，檢測出的夾渣缺陷見圖9。由圖9可以知道，夾渣深度為8.1 mm，長度為21.0 mm，位置位于256～277 mm段。

圖9 探頭3位置夾渣缺陷檢測圖

2.3.4 探頭4位置

探頭4位置共檢測出3處缺陷，分別是未熔合缺陷、未焊透缺陷和氣孔缺陷。其中，已知預(yù)置未熔合缺陷長度為32 mm，深度為5 mm，檢測出的未熔合缺陷檢測圖見圖10。由圖10可以知道，未熔合缺陷深度為9.7 mm，長度為14.0 mm，高度為6.7 mm，位置位于103～117 mm段。

圖10 探頭4位置未熔合缺陷檢測圖

已知預(yù)置未焊透缺陷長度為28 mm，深度為20 mm，檢測出的未焊透缺陷見圖11。由圖11可知，未焊透缺陷深度為21.2 mm，長度為16.0 mm，高度為6.0 mm，位置位于174～190 mm段。

圖11 探頭4位置未焊透缺陷檢測圖

已知預(yù)置氣孔缺陷深度為24 mm,檢測出的孔缺陷檢測圖見圖12。由圖12可知，氣孔缺陷深度為 19.6 mm，位置位于227 mm。

圖12 探頭4位置氣孔缺陷檢測圖

3 檢測結(jié)果綜合分析

基于對人工試塊上的未熔合、未焊透、裂紋、氣孔及夾渣模擬缺陷的檢測結(jié)果，按照缺陷能否檢出對超聲相控陣檢測的應(yīng)用效果進(jìn)行匯總，結(jié)果見表2。

表2 模擬試塊缺陷類型及其檢測結(jié)果匯總

表2中，√表示缺陷可檢出，—表示缺陷未檢出。

由表2可以看出，不同的位置可以檢測出的缺陷不同，但是都能檢測出未焊透缺陷，因此可知超聲相控陣檢測方法對未焊透缺陷較為敏感。探頭位置在焊縫同側(cè)但距離不同時，檢測出的缺陷也不同，這是因?yàn)榫嚯x近時使用的是一次波，而距離遠(yuǎn)時使用的是二次波，一次波和二次波的區(qū)別是方向不同，因此可以推斷相控陣檢測受到缺陷方向的影響較大。4個位置的相控陣檢測結(jié)果疊加可以發(fā)現(xiàn)全部缺陷，但每個位置的相控陣檢測結(jié)果都存在漏檢。不同位置檢測出的同一缺陷的深度和長度都有差別，也是受到方向的影響。裂紋缺陷只有位置3檢測得到，并且裂紋長度極短，由常規(guī)超聲可知，裂紋缺陷的反射波幅較低[21]，因此，同為脈沖反射法的相控陣波幅也會比較低，因而可能造成發(fā)射波幅較小的裂紋部分丟失。

4 結(jié)語

通過含缺陷模擬試塊檢測研究，考察了超聲相控陣檢測技術(shù)的檢測能力。超聲相控陣檢測成像圖直觀可視，基于成像圖可以綜合確定缺陷的種類、位置、特征尺寸，總體上對未焊透缺陷較更敏感，能夠滿足一般檢測要求，檢測結(jié)果可靠程度較高，值得推廣使用。不足之處是，單點(diǎn)檢測存在漏檢，多點(diǎn)檢測同一缺陷存在差別。