機車T型管接頭焊縫的相控陣超聲檢測

常規(guī)超聲檢測是T型焊縫內部缺陷檢測的主要方法，但是檢測時受到管座曲率、壁厚和馬鞍狀焊縫形式等因素的影響，以及探測位置的局限，常規(guī)超聲檢測面臨著缺陷信號波形識別難度大、缺陷定位困難以及很難確保焊縫完整覆蓋的問題。相控陣超聲檢測技術可以同時激發(fā)多角度聲束，可對檢測區(qū)域進行較大面積覆蓋，適用于多種焊接接頭和各種類型的焊縫形式。對于機車T型管焊縫，使用相控陣超聲檢測儀器和探頭沿檢測面掃查一圈，便可以得到檢測數據。與常規(guī)超聲檢測相比，可省去繁瑣的掃查過程，而且儀器能夠自動生成檢測圖像，配合儀器的高級工件加載功能，將機車T型管焊縫的圖像導入儀器，比較容易判斷缺陷。機車T型管接頭焊縫結構某機車用T型管路使用碳鋼(Q235A或20鋼）材料，管路管徑一般為40~120mm，壁厚為4~12mm，主要用于油水管路中，接頭采用手工電弧焊，焊縫質量受焊工技能和執(zhí)行工藝的影響較大。T型管接頭焊縫的結構示意如圖1所示，其根部易產生不同程度的根部未焊透，而根部是結構的應力集中處，未焊透容易導致管路開裂甚至引發(fā)泄漏，故這些極易出現缺陷的地方是需要重點檢測的部位。圖1T型管接頭焊縫的結構示意T型管座角焊縫的外形是隨角度變化的，在檢測時需要繪制相貫線，根據不同角度建立焊縫模型。使用AutoCAD2010繪制出不同角度所對應的焊縫圖，由于此類T型管接頭焊縫具有對稱性，檢測時可以按照90°間隔，將其分為4個相同部分，以兩管截面為鈍角的焊縫定為0°，以兩管截面為直角的焊縫定為90°，每隔15°畫一個焊縫。圖2T型管接頭不同角度焊縫示意使用相控陣超聲檢測儀的高級工件加載功能，將T型管接頭焊縫圖形加載到設備中，實現相控陣檢測的掃查圖像與T型管接頭焊縫圖形相結合，方便判斷工件內部的缺陷位置。在檢測時，T型管接頭焊縫是時刻變化的，應根據圖2中T型管接頭焊縫的角度轉換，準確判斷缺陷的位置。機車T型管接頭焊縫人工缺陷試塊選取曾經在機車運行過程中出現過泄漏的20碳鋼水路T型管接頭焊縫為試驗對象，其主管管徑為55mm，壁厚為8mm，插管管徑為40mm，壁厚為6mm，試塊實物如圖3所示，并在不同焊縫位置制作了編號為1，2，4，5號的橫孔缺陷，3號平底孔缺陷和一個刻槽缺陷（見圖4）。圖3T型管接頭焊縫人工缺陷試塊實物圖4T型管接頭焊縫人工缺陷分布示意1~5號缺陷的直徑均為1mm，除3號為平底孔外，其余為橫孔，長度分別為7.5，7.5，1.5，8，8mm，分布于焊縫的不同位置；刻槽缺陷為長9mm，深1mm的矩形槽，設置在焊縫的內壁上。試驗設備使用以下檢測設備：①多浦樂PHASCAN相控陣檢測儀，其配置為32/128，帶有工件圖形加載功能，儀器外觀如圖5所示；②多浦樂7.5S16-5x10自聚焦線陣相控陣探頭，頻率為7.5MHz，陣元數為16，陣元中心距離為0.5mm，陣元長度為10；③多浦樂弧度楔塊，型號為SD10-N60S-IH（AOD73）。圖5相控陣超聲檢測儀外觀檢測方法使用上述試驗系統(tǒng)，扇掃面范圍設置為30°~65°，對試塊缺陷進行檢測，1，3，4號橫孔處的焊縫壁厚修正為9mm，2，5號橫孔處的壁厚設置為8mm。橫孔的測量方法橫孔孔徑的測量方法以1號缺陷（長度為7.5mm的橫孔位于0°位置）為例，測量步驟為：①找到缺陷最高波，調節(jié)增益使其達到基準波高（80%），1號缺陷最高波如圖6所示；圖61號缺陷最高波（孔徑測量）②改變S掃描角度，找到1號缺陷波的上邊緣(理論應找到波高為40%的角度處最為合適，但因角度步進為1°，此時波幅為38.6%)，U(r)=

13.15mm，1號缺陷上邊緣如圖7所示；圖71號缺陷上邊緣（孔徑測量）③改變S掃描角度，找到1號缺陷波的下邊緣(理論應找到波高為40%的角度處最為合適，但因角度步進為1°，此時波幅為41.4%)，U(m)=14.35mm，1號缺陷下邊緣如圖8所示。圖81號缺陷下邊緣（孔徑測量）④得到U(m)、U(r)數據后，可知缺陷自身高度U(m-r)=1.20mm。橫孔長度的測量方法以1號缺陷（長度為7.5mm的橫孔位于0°位置）為例，測量步驟為：①找到缺陷最高波，調節(jié)增益使其達到基準波高（80%），如圖9所示；圖91號缺陷最高波（長度測量）②將探頭沿焊縫走向環(huán)向移動，找到缺陷最高波的一半波高（-6dB）位置，記錄探頭中心所對應的位置，此為缺陷長度方向上的端點，經過測量約為8mm。缺陷波幅得出為80.1%，缺陷深度得出為4.2mm。人工刻槽的測量方法以刻槽缺陷（長度為9mm刻槽位于90°位置）為例，其自身高度的測量步驟為：按照ASME標準，缺陷自身高度可以從S掃描的圖像中使用-6dB法或者端點衍射法進行測量。試驗采用端點衍射法進行測量，利用刻槽左上方的衍射回波及其與底面所形成的端角回波，可判定其自身高度，刻槽缺陷自身高度測量原理示意如圖10所示。圖10刻槽缺陷自身高度測量原理示意刻槽高度測量結果如圖11所示，衍射信號U(m)位于8.44mm，端角回波U(r)位于9.48mm，刻槽自身高度為U(m-r)約為1mm。圖11刻槽高度測量結果矩形槽測長方法同橫孔測長方法一致，最終測得矩形槽長度約為11mm。測量出的各人工缺陷的大小如表1所示(矩形槽寬度不可測)，同時還與實際長度進行了比較。以上所檢測的缺陷位于T型焊接接頭試塊的不同位置，所得到的數據與實際缺陷長度和大小大致吻合，說明相控陣超聲檢測技術應用于機車T型管路接頭的質量控制是可行的。結

語相控陣超聲檢測技術可以檢測機車T型管路接頭焊縫的內部缺陷。相控陣超聲技術有較高的缺