超聲檢測在焊縫中的應用

朱學耕

（中國人民解放軍裝甲兵工程學院，中國 北京100072）

在實際工程中，焊縫隨處可見，焊接技術的存在使工件之間緊密的結合在一起，其強度、硬度能夠滿足在工程中實際需要，帶來了極大的經濟效益，然而在焊接的過程中由于環境、人為操作等原因，會在焊縫內存在氣孔、夾渣、裂紋等內部缺陷[1]，常用的五大常規無損檢測方法中，針對工件內部缺陷檢測的主要是射線檢測與超聲檢測，然而射線檢測本身具有一定的輻射效應[2]，且其檢測成本比較的高，對檢測人員素質要求也較高，因此在實際中射線檢測在現場檢測中的應用還比較的少，結合實際情況以及檢測環境的限制等因素，大部分企業首選的檢測方法還是超聲檢測方法[3]，超聲檢測具有檢測方便快捷、檢測設備及成本經濟性比較好，本文主要針對幾種常用的超聲檢測方法在焊縫中的應用進行歸納綜述。

1 常規超聲檢測在焊縫中的應用

常規超聲檢測主要是接收脈沖反射波，從而對聲波信號進行分析識別，進而對工件的質量進行評價的一種方法，該方法對設備及檢測人員的要求比較低，但是在缺陷信號分析識別時對人們的經驗要求比較的高，目前利用常規超聲檢測方法在對焊縫進行檢測的過程中主要是采用“光柵式”掃查技術，具體來說包括兩個方向：1）沿著焊接方向，在檢測過程中超聲探頭沿著固定的方向（一般指焊縫長度方向）移動。2）在垂直于焊縫的方向，探頭沿著x方向（一般指管道的周向方向），來回移動。只有這樣才能保證焊縫不被漏檢，然而這種檢測方法比較的費時，效率比較低，在對某電站設備的管道焊縫進行完全檢測時，所需時間基本在10小時以上，有時甚至更多。因此必須尋找一種新的快捷、高效的檢測方法代替常規超聲檢測方法才具有更大的意義。

2 相控陣超聲檢測在焊縫中的應用

20世紀末，隨著電子技術的飛快發展，相控陣超聲檢測技術[4]引入我國，并很快的成為研究熱門，迅速的應用在工程中。相控陣超聲檢測以其高效、高精度，并能夠對缺陷成像的特點廣泛的應用在實際檢測中，其改變了傳統超聲檢測中的“光柵式”檢測，其檢測過程比較簡單，只需沿著焊縫長度的延伸方向來回移動一次探頭即可，此方法大大提高了超聲檢測技術在實際工程中的利用。在利用相控陣超聲檢測的過程中需要注意幾點問題，首先，相控陣檢測使用的縱波進行檢測，縱波具有一定的偏轉角度，當被檢測件所需聲束偏轉角度較大的時候顯然利用縱波是無法滿足的，此時需要設計具有一定角度的斜楔塊使聲束能夠滿足檢測要求，在利用相控陣超聲檢測方法對焊縫進行檢測時，對于管道環焊縫來說其楔塊的設計不但要滿足和管道的較好的耦合，還要滿足聲束的偏轉，這樣才能保證良好的檢測效果；對于平板的焊縫檢測，設計的楔塊接觸面為平面即可，只要單純的滿足聲束的偏轉角度即可。其次，對于相控陣超聲檢測來說其檢測設備的選擇也很重要，一般來說這類設備的成本較高，一般達到數十萬，這對于一般的研究工作者來說是一筆較大的費用，因此這個問題必須要考慮，為了解決這一問題，相關的制造企業也在降低制造成本，為了使其更加廣泛的應用在工程中，企業開發了便攜式檢測儀器，這類設備攜帶方便，更利于實際中的檢測。最后，相控陣超聲檢測能夠實現缺陷的成像，因此，其后期的數據采集，圖像分析也是非常的重要的，這就對檢測人員提出了很大的要求。

3 超聲TOFD法在焊縫檢測中的應用

近年來，針對焊縫的檢測問題，超聲TOFD[5]的應用也越來越廣，該方法可以看成是常規相控陣檢測方法的一個演變，其檢測過程是在焊縫的兩側對稱的放置兩個探頭，在顯示的結果中會有缺陷的上端信號和下端信號，以及端面信號和底面信號，這是TOFD檢測方法的特點，根據這一特點可以清楚的判斷缺陷的有無，除此之外根據缺陷信號之間的傳播時間差可以對缺陷進行定量分析，這比一般的相控陣超聲檢測更具有優勢，在利用該方法進行實際操作的時候應該注意一下幾個問題：首先，參數的選擇。在檢測過程中兩個探頭的功能為，一個發射聲波一個接收聲波，因此兩個探頭的中心頻率應該保持一致，其相互間的誤差不能超過±20%，不同的檢測厚度對探頭的頻率要求也不一樣，對于TOFD檢測方法來說，檢測厚度在10mm以內，探頭的頻率大概在10～15MHz之間，檢測厚度在10～30mm以內時，頻率要求在5～10mm以內，檢測厚度在30～70mm時，探頭頻率要求在2～5mm以內。其次，探頭間距如何確定。一般來說其間距的確定遵循以下原則：1）能夠完全的覆蓋檢測區域；2）要能夠獲得足夠的缺陷端面衍射能量；3）要能夠滿足缺陷分辨率。所以，在檢測時探頭的間距一般控制在2t/3（t是工件的厚度）。最后，如何準確的對缺陷進行定量。TOFD檢測方法能夠較好的完成對缺陷的定量，這也是該方法的一個優勢，因此在實際中應該最大化的擴大該優勢，在這個過程中主要是對缺陷的上端信號的下端信號之間的缺陷傳播時間進行確定。

4 總結

文中主要是對超聲檢測方法在焊縫中的應用進行說明，從其檢測原理，檢測過程中應該遵循的原則和主要問題進行了說明，為以后焊縫檢測過程中方法的選擇提供一些參考。

［1］郭世敬,張家坤,化三兵.液壓缸焊接氣孔及夾渣缺陷的防止與改進[J].金屬加工：熱加工,2015(8)：43-44.

［2］陳亮.同步輻射軟X射線輻射效應研究[D].中國科學技術大學,2010.

［3］楊奕,陳以方,洪玉萍,等.合成絕緣子的超聲檢測方法[J].無損檢測,2003,25(7)：337-339.

［4］曹健.全自動相控陣超聲檢測技術在環焊縫檢測中的應用[J].無損檢測,2003,25(4)：201-203.

［5］遲大釗,剛鐵,袁媛,等.面狀缺陷超聲 TOFD法信號和圖像的特征與識別[J].焊接學報,2006,26(11)：1-4.