(漢正檢測(cè)技術(shù)有限公司， 德陽 618300)

1 鋁合金的特點(diǎn)

鋁合金具有良好的抗蝕性能、焊接性能以及加工性能，常用于制造飛機(jī)、車輛、船舶、儀表、電器外殼等。目前，幾乎大多數(shù)常規(guī)的焊接方法都可以應(yīng)用在鋁合金的焊接中，而鋁合金焊接過程具有極易氧化、應(yīng)力大的特點(diǎn)，因此常產(chǎn)生氣孔、未熔合、未焊透等焊接缺陷。

2 相控陣超聲檢測(cè)特點(diǎn)及工藝要點(diǎn)

2.1 相控陣超聲檢測(cè)特點(diǎn)

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)(PAUT)已有40多年的發(fā)展歷史，初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的超聲成像中，受系統(tǒng)的復(fù)雜性、固體中波動(dòng)傳播的復(fù)雜性及成本費(fèi)用高等因素的影響，其在工業(yè)無損檢測(cè)中的應(yīng)用并不廣泛。近年來，伴隨壓電復(fù)合材料、納秒級(jí)脈沖信號(hào)控制、數(shù)據(jù)處理分析、計(jì)算機(jī)模擬等多種新材料及技術(shù)應(yīng)用的增多，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域中亦得到了快速發(fā)展。

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)通過多種掃查方式的聲場(chǎng)模擬和延遲法則的計(jì)算，可以方便地改變聲束入射角；通過對(duì)局部晶片單元組合聲場(chǎng)的控制，能實(shí)現(xiàn)全方位和多角度的檢測(cè)，對(duì)于不同取向的缺陷具有良好的檢出率[1]。相控陣超聲檢測(cè)一般有三種掃描方式：線性掃描、扇形掃描、深度聚集掃描。

2.2 相控陣超聲檢測(cè)工藝

2.2.1 試塊制作

原則上選用聲學(xué)性能與被檢產(chǎn)品相同或相近的材料制作試塊，選用與產(chǎn)品相同的材料，參照NB/T 47013.3-2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)》制作CSK-1A鋁合金標(biāo)準(zhǔn)試塊和鋁合金對(duì)比試塊。根據(jù)產(chǎn)品焊縫特征制作焊縫試塊2塊，尺寸(長×寬×厚)為150 mm×60 mmX20 mm，試塊編號(hào)為1#，2#，其上含有不同深度的尺寸(直徑×長度，下同)為2 mm×40 mm的長橫孔，試塊實(shí)物如圖13所示，試塊的人工缺陷信息如表1所示。

圖1 CSK-1A鋁合金標(biāo)準(zhǔn)試塊實(shí)物

圖2 鋁合金對(duì)比試塊實(shí)物

圖3 鋁合金焊縫試塊實(shí)物

2.2.2 設(shè)備、探頭及楔塊選擇

試驗(yàn)設(shè)備為：M2M-GEKKO相控陣超聲檢測(cè)儀，5L32-A31探頭和SA31-N55S-IHC楔塊。

表1 試塊的人工缺陷信息 mm

2.2.3 焊縫檢測(cè)試驗(yàn)

(1) 在1#試塊上找到深度為5 mm的φ2 mm×40 mm長橫孔人工缺陷，進(jìn)行相控陣超聲檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)選用扇形掃描方式，掃描角度設(shè)置為45°～75°，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖4和表2所示。

圖4 1#試塊的試驗(yàn)結(jié)果

表2 1#試塊的缺陷檢測(cè)結(jié)果mm

項(xiàng)目缺陷長度缺陷深度缺陷直徑人工缺陷實(shí)際尺寸4052PAUT檢測(cè)結(jié)果424.32.1

(2) 在2#試塊上找到編號(hào)為2-1#，深度為6 m的φ2 mm×40 mm長橫孔人工缺陷，進(jìn)行相控陣超聲檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)選用扇形掃描方式，掃描范圍設(shè)置為45°～75°，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖5和表3所示。

圖5 2#試塊的試驗(yàn)結(jié)果(2-1#缺陷)

表3 2#試塊的2-1#缺陷檢測(cè)結(jié)果mm

項(xiàng)目缺陷長度缺陷深度缺陷直徑人工缺陷實(shí)際尺寸4062PAUT檢測(cè)結(jié)果416.172.1

(3) 在2#試塊上找到編號(hào)為2-2#，深度為10 mm的φ2 mm×40 mm長橫孔人工缺陷，進(jìn)行相控陣超聲檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)選用扇形掃描方式，掃描范圍設(shè)置為45°～75°，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖6和表4所示。

圖6 2#試塊的試驗(yàn)結(jié)果(2-2#缺陷)

表4 2#試塊的2-2#缺陷檢測(cè)結(jié)果mm

項(xiàng)目缺陷長度缺陷深度缺陷直徑人工缺陷實(shí)際尺寸40102PAUT檢測(cè)結(jié)果4211.462.2

(4) 在2#試塊上找到編號(hào)為2-3#，深度為15 mm的φ2 mm×40 mm長橫孔人工缺陷，進(jìn)行相控陣超聲檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)選用扇形掃描方式，掃描范圍設(shè)置為45°～75°，得到的試驗(yàn)結(jié)果如圖7和表5所示。

2.2.4 試驗(yàn)結(jié)果

可見，相控陣超聲檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)鋁合金焊縫試塊中的人工缺陷，可以一次掃查實(shí)現(xiàn)多角度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成像和保存，有利于提高缺陷的檢出率。

表5 2#試塊的2-3#缺陷檢測(cè)結(jié)果 mm

圖7 2#試塊的試驗(yàn)結(jié)果(2-3#缺陷)

3 相控陣超聲檢測(cè)應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用上述檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)論，對(duì)某公司鋁合金液化天然氣儲(chǔ)罐焊縫進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)部位為 820 mm 厚鋁合金對(duì)接焊縫(V型坡口)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為ISO 17640 《焊縫無損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)估》B級(jí)，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為ISO 11666 《焊縫無損檢測(cè) 焊接接頭超聲檢測(cè) 驗(yàn)收等級(jí)》2級(jí)。

3.1 檢測(cè)工藝

采用M2M-GEKKO相控陣設(shè)備、5L32-A31探頭和SA31-N55S-IHC 楔塊，在鋁合金標(biāo)準(zhǔn)試塊CSK-1A上進(jìn)行水平線性、垂直線性的校準(zhǔn)，在鋁合金對(duì)比試塊上進(jìn)行TCG(深度補(bǔ)償)或DAC(距離-波幅)校準(zhǔn)[2-3]，并按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置檢測(cè)靈敏度，采用沿線掃查+扇掃描的方式進(jìn)行單面雙側(cè)檢測(cè)，掃描角度設(shè)置為45°～75°。

3.2 缺陷記錄和比較

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)相控陣超聲檢測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的3個(gè)典型缺陷進(jìn)行記錄，結(jié)果如圖810和表68所示。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)缺陷1的圖像

表6 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)缺陷1的數(shù)據(jù) mm

表7 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)缺陷2的數(shù)據(jù) mm

表8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)缺陷3的數(shù)據(jù)(PAUT與RT比較) mm

3.3 檢測(cè)結(jié)果

共檢測(cè)鋁合金液化天然氣儲(chǔ)罐鋁合金對(duì)接焊縫超過220 m，共發(fā)現(xiàn)20多處未焊透、氣孔等缺陷，通過現(xiàn)場(chǎng)解剖及部分位置的RT、UT(超聲檢測(cè))結(jié)果的比對(duì)，可見PAUT與RT、UT的檢測(cè)結(jié)論相一致。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)缺陷2的圖像

圖10 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)缺陷3的圖像(PAUT與RT比較)

4 結(jié)論

相控陣檢測(cè)技術(shù)對(duì)液化天然氣儲(chǔ)罐鋁合金對(duì)接焊縫的檢測(cè)能完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且相控陣檢測(cè)成像直觀，可一次多角度掃描缺陷，對(duì)缺陷的檢出率高，有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。