中厚度对接焊缝相控阵检测研究

路宝学

（渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛125105）

相控阵检测（PAUT）是基于常规超声检测发展起来的新型检测技术，其检测原理是通过脉冲延迟触发所产生声波的不同相位叠加，来调节声束角度或聚焦状态的压电晶片阵列。由于相控阵组元的延迟时间可动态改变，所以可用计算机软件控制声束角度、聚焦距离，并且可在同一位置作多角度检测。

本文通过使用5.0L16-0.5-9探头、8N55s楔块,对10块含有不同缺陷的中厚度（18、20、22、24、26、28、30 mm） 焊接试板进行PAUT检测，并将检测结果与射线检测（RT）、超声检测（UT）结果进行对比分析，确定PAUT检测技术的优势，为PAUT检测的应用提供参考。

1 试验方案

1.1 试验对象及试验程序

选择在模具厂购买的10块不同厚度（中厚度） 且具有典型缺陷（纵向裂纹、条形夹渣、未焊透、气孔、横向裂纹）的焊接试板，分别采用RT、UT和PAUT检测技术对缺陷进行测定，试验程序见表1所示。

表1 试验程序

1.2 UT与PAUT检测工艺特点分析

1.2.1 探头

对于同一工件，PAUT检测一般只使用一个探头；UT检测需要根据技术等级、工件厚度选用一个或多个探头。

1.2.2 仪器校准

相控阵仪器除了要进行常规的测试校准外，一般还需要使用CSK-IA试块进行ACG校准和RB-2试块进行TCG校准。

1.2.3 扫查工艺

常规超声检测依据标准，采用锯齿形扫查方式。在区别缺陷信号，确定缺陷的位置、方向和形状时，也采用前后、左右、转角、环绕等扫查方式。相控阵检测通过建立工件模型，进行焊缝全体积声束覆盖模拟，确定中心距离，同时采用编码器直线扫查方式。

1.2.4 缺陷定量

常规超声检测依据标准，采用缺陷回波波幅定量和缺陷测长定量，均由检测人员在扫查操作时依据波形测定。相控阵检测在实际检测中借鉴常规超声的定量方法，一般是在检测人员完成扫查工作后，应用离线软件根据存储的波形、图像数据进行6dB法测长。

1.3 试验方法

UT检测执行CB/T3559-2011标准，采用4Z10×10A45°、4Z10×10A60°、4Z10×10A70°三种角度探头进行检测。PAUT检测参照执行ASTME2700-2009标准，采用5.0L16-0.5-9探头，楔块型号为8N55s，角度范围40°～70°。RT检测执行CB/T3558-2011标准进行评片。

2 检测结果

采用三种检测方法分別对典型缺陷试板进行检测，其检测结果如表2所示（以试板13210为例）。

表2 检测结果统计单位：mm

3 检测结果对比分析

3.1 缺陷检出情况对比分析

3.1.1 面积型缺陷检测结果对比分析

通过对试板中纵向裂纹检测数据和未熔合缺陷检测数据汇总后发现，对于声束指向性要求高的面型缺陷（裂纹、未熔合），相控阵检测的多种角度检测的信噪比要高于常规超声检测。UT、PAUT测定缺陷长度大于RT测定缺陷长度。UT的三种不同角度探头检测结果与PAUT采用接近的探头角度的检测结果相差不大。

3.1.2 体积型缺陷检测结果对比分析

对试板中条形夹渣和未焊透缺陷，RT、UT、PAUT三种检测方法的测长结果汇总发现，测长没有一致性特点，互有长短，但总体上的长度接近，相差不大。

3.1.3 横向缺陷检测结果分析

相控阵编码器扫查，无法有效检出横向缺陷，射线和常规超声斜平行法均可以发现横向缺陷。因此对工件相控阵检测中，如需要横向缺陷检测，应该增加有效的检测手段。

3.2 检测速度、安全等因素的比较

RT检测效率太低，操作人员存在作业辐射危险，且必须配备防护措施。

UT检测无放射性，但需要三种探头对同一焊缝检测，人为因素影响较大，效率低。

PAUT检测无放射性，人为因素影响较小，检测效率高。

4 结论

PAUT检测结果与三种角度的UT检测结果相接近，但UT效率低而PAUT效率高。

PAUT与RT相比，无放射性，人为因素影响较小，检测效率高。

由于相控阵超声检测图像的可视化，提高了缺陷的检出能力和评定准确性。

PAUT编码器扫查，无法有效检出横向缺陷，如有需要应该增加有效的检测手段。

超声波相控阵装置的调试、灵敏度的校验、参数的设置，均要求操作人员熟练掌握电脑软件操作的能力。B、C、D三种显示图像，尽管直观，但对图形的识别仍要掌握一定技巧，并且要有一定的判断经验。

随着相关相控阵检测标准的出台及相关培训增多之后，绿色、环保、高效的相控阵检测，应用会越来越广泛。

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