孟　輝（江蘇中特創(chuàng)業(yè)設(shè)備檢測有限公司，南京　211100）

超聲相控陣技術(shù)在鋼制對接焊縫檢測中的應(yīng)用研究

孟輝
（江蘇中特創(chuàng)業(yè)設(shè)備檢測有限公司，南京211100）

焊接技術(shù)是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，焊縫連接結(jié)構(gòu)具有周期短、密封性好、重量輕等特點，同時以其良好的力學(xué)性能得到青睞。然而，焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷卻大大降低了焊接性能。超聲相控陣能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜零件和盲區(qū)的檢測，具有靈敏度高、結(jié)果直觀，實時顯示的優(yōu)點，在鋼制對接焊縫檢測中的具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

超聲相控陣技術(shù)；對接焊縫檢測；無損檢測

0　緒論

鋼材是現(xiàn)代化建設(shè)不可或缺的重要材料之一，其應(yīng)用范圍有目共睹。而焊接是加工鋼材的重要的重要技術(shù)手段之一，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使鋼材的焊接性能不斷提升，但仍不可避免的產(chǎn)生些許的缺陷。超聲相控陣技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，成為鋼制對接焊縫檢測中的重要應(yīng)用技術(shù)。

1　超聲相控陣技術(shù)的起源與發(fā)展

超聲波被人類所發(fā)現(xiàn)并作為一種檢測技術(shù)應(yīng)用可追溯到第一次世界大戰(zhàn)期間，被用于對水下目標(biāo)的追蹤。近百年來，超聲檢測技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮了不可替代的重要作用。科技的發(fā)展也使各種新技術(shù)相互融合進(jìn)步，新技術(shù)不斷衍生。超聲相控陣技術(shù)逐漸走入人們的視野當(dāng)中。超聲相控陣技術(shù)源于相控陣?yán)走_(dá)，在相控陣?yán)走_(dá)的使用過程中，眾多的子天線但愿有序的排列，每個子單元的電磁波幅度和延時均可控，能夠達(dá)到一定空間范圍內(nèi)形成相對靈活的雷達(dá)波束。與之類似，超聲相控陣由眾多壓電陣組成的陣列換能器，達(dá)到聲波發(fā)射與接收的目的。［1］近些年來，超聲相控陣技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，最初的應(yīng)用就是醫(yī)學(xué)中的B型超聲檢測與診斷技術(shù)，其應(yīng)用了超聲相控技術(shù)以實現(xiàn)動態(tài)的聚焦，其利用了相控陣所使用換能器快速移動的特點，使聲束形成所檢測器官的影像。其次，利用它控制局部升溫，可達(dá)到熱療的效果，能夠在很大程度上提升目標(biāo)組織的吸收率。

在超聲相控陣技術(shù)起步的發(fā)展時期，其系統(tǒng)的復(fù)雜性較高，檢測存在很大的困難，且需要高額的檢測成本，其在工業(yè)無損檢測上的應(yīng)用受到了極大的限制?？萍嫉陌l(fā)展使我們的生活日新月異，中國造船業(yè)崛起，船舶工業(yè)中對技術(shù)精度的要求越來越高，超聲相控陣無損檢測技術(shù)得到了用武之地。船舶檢測過程復(fù)雜，檢測量大，檢測條件較為苛刻，超聲相控陣檢測技術(shù)的高精度、聚焦性、靈活直觀的特點使之越來越受到重視。同時，計算機(jī)軟硬件技術(shù)的同步發(fā)展，數(shù)據(jù)分析處理能力的提升、納秒脈沖信號控制、壓電符合材料等高新技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)的崛起，也使超聲相控陣檢測技術(shù)的應(yīng)用性大為提高。目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在石油天然氣、航空航天、核能建設(shè)、機(jī)械制造等各個領(lǐng)域的無損檢測。超聲相控陣無損檢測技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，也成為眾多專家學(xué)者的研究內(nèi)容，其應(yīng)用性也不斷提升，應(yīng)用前景被大多數(shù)學(xué)者所看好［2］。

2　超聲相控陣技術(shù)在鋼制對接焊縫檢測中的應(yīng)用

鋼材是工業(yè)化社會進(jìn)步與發(fā)展的重要材料，而焊接是鋼材得以應(yīng)用的重要技術(shù)之一。對于焊接過程中形成的缺陷進(jìn)行檢測，是保證工件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。超聲相控陣無損檢測具備獨特的優(yōu)勢，使其在鋼制對接焊縫檢測中收到青睞。

2.1鋼制焊縫的檢測

鋼材是現(xiàn)代社會建設(shè)過程中不可或缺的重要材料之一，其應(yīng)用十分廣泛，涉及到社會生活的方方面面。焊接則是鋼鐵材料加工成型的重要手段之一，也是各國越來越重視的先進(jìn)制造技術(shù)之一。現(xiàn)今，焊接技術(shù)也向著日益輕型化，大型化的方向發(fā)展，焊接效果也不斷提升，帶來了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益，成為國內(nèi)外許多學(xué)者和工程人員重要的研究內(nèi)容。焊接技術(shù)包括物理化學(xué)兩方面的方法，實現(xiàn)材料間的重組連接，具有韌性好、強(qiáng)度高、重量輕，密封性好的優(yōu)點。我國的許多大型工程，如三下大壩、鐵路與公路的建設(shè)過程中，均廣泛的應(yīng)用了焊接技術(shù)，鋼板的焊接技術(shù)也不斷取得新的突破。但是，焊接過程中也很容易產(chǎn)生各種缺陷，對各種缺陷的檢測是保證工件、工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。超聲相控陣檢測技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，在鋼制焊縫檢測方面受到越來越多的關(guān)注。

2.2超聲相控陣檢測技術(shù)的原理與特點

超聲相控陣技術(shù)被應(yīng)用于無損檢測，目前已經(jīng)到了大范圍的實際應(yīng)用階段。超聲相控陣技術(shù)實際上是通過對換能器陣列中各陣元進(jìn)行控制，改變激勵脈沖時間的延遲，以此來達(dá)到影響每一個陣元所發(fā)出的聲束到達(dá)檢測物體每個面每個點時的香味的關(guān)系，進(jìn)一步完成改變聲束方位和聚集點的變化，并以此為依據(jù)進(jìn)行成像。因為相控陣陣元可動態(tài)的改變延遲時間，因而超聲相控陣檢測中的探頭探傷實際上是利用了聲束可動態(tài)聚焦以及角度可控兩大特性。與傳統(tǒng)的普通超聲檢測技術(shù)相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：首先，聚焦深度與聲束的角度都是可控的，可滿足更加復(fù)雜的區(qū)域和位置的檢測；其次，能夠完成高速的電子掃描，可通過晶片組合進(jìn)行專場控制；最后，在聲場強(qiáng)度上也遠(yuǎn)勝于普通的超聲檢測技術(shù)，可在很大程度上將聲束在檢測材料中衰減的影響降低，也可在一定范圍內(nèi)使用更高的檢測頻率。

2.3超聲相控陣技術(shù)在鋼制對接焊縫檢測中的應(yīng)用

鋼板的對接焊縫的檢測是超聲相控技術(shù)檢測中最為典型的應(yīng)用之一。其整個檢測過程中，避免了傳統(tǒng)超聲檢測中焊縫兩側(cè)多次鋸齒形的掃查，僅需要沿焊縫的方向水平移動即可。但同樣需要在檢測之前對系統(tǒng)進(jìn)行精確的校準(zhǔn)，需要在檢測之前根據(jù)檢測材料的特效和形狀來確定探頭的角度與頻率，控制聲速以及延遲檢測靈敏度，來綜合的進(jìn)行校準(zhǔn)。而編碼器的位置校準(zhǔn)后，誤差應(yīng)不高于3ram。鋼制對接焊縫的形狀通常有V型、K型、X型等，對它的檢測方法通常包括直射法（半跨距或一次波檢測）、底波一次法（全跨距或二次波檢測）等，應(yīng)用直射法，對焊縫的聲束掃描僅包含到下部，而底波一次法則實現(xiàn)了對整個焊縫的覆蓋。［3］超聲相控技術(shù)對鋼制對接焊縫的檢測更有結(jié)果顯示直觀的特點，能在很大程度上提高缺陷檢測的精確度，提升工件的質(zhì)量，得到了廣泛的認(rèn)可和關(guān)注。

［1］郝培培.金屬材料超聲缺陷檢測關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［D］.南京信息工程大學(xué)，2013.

［2］劉曉睿.超聲相控陣技術(shù)檢測和評價［D］.南京航空航天大學(xué)，2012.

［3］張巍.超聲相控陣檢測技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（07）：72.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.029