圖 1 被檢工件仿真模型
分享：分液罐斜錐體夾套管縱縫不銹鋼對接接頭的相控陣超聲檢測
分液罐斜錐體夾套管縱縫不銹鋼對接接頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法采用射線檢測從內(nèi)壁和外壁進行檢測[1]。其結(jié)構(gòu)為斜錐體夾套管縱縫，曲率一直在變化，且曲率半徑較小，常規(guī)A型脈沖反射法的檢測難度大、結(jié)果不直觀，且檢測靈敏度不理想，容易給設(shè)備埋下安全隱患。
文章對尺寸（直徑×壁厚，下同）為?232~348 mm×8 mm，材料為S30408的縱縫進行相控陣超聲檢測試驗分析，首先通過仿真分析PAUT檢測工藝，再通過缺陷響應(yīng)進行工藝優(yōu)化，最后使用優(yōu)化后的檢測工藝對模擬試件進行檢測，以驗證其可行性[2-4]。
1. 聲場仿真分析
針對尺寸為?232~348×8 mm，材料為S30408的試件，檢測時，需將焊縫余高打磨平整。根據(jù)焊縫坡口等工藝參數(shù)建立1∶1工件模型，如圖1所示。通過仿真分析得到檢測工藝參數(shù)，如表1所示。
Table 1. 仿真檢測工藝參數(shù)
| 序號 | 探頭頻率/MHz | 楔塊角度/（°） | 波次 | 晶片數(shù)量 | 起始激發(fā)晶片 | 角度范圍/（°） | 探頭前端距/mm | 聚焦深度/mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 通道1 | 5 | 18.9 | 一次縱波 | 全激發(fā) | 1 | 10.0-89.5 | 0 | 25 |
| 通道2 | 5 | 18.9 | 一次縱波 | 全激發(fā) | 1 | 10.0-89.5 | 6 | 25 |
將表1中工藝參數(shù)加載至被檢工件模型上，經(jīng)仿真軟件計算分析，得到該聚焦法則下的不同探頭前端距的聲束覆蓋及聲場在工件中的分布情況，如圖2，3所示。
圖 2 探頭前端0 mm處的聲場仿真
圖 3 探頭前端6 mm處的聲場仿真
由圖2和圖3可知，聲束能覆蓋全部檢測區(qū)域，在檢測區(qū)域內(nèi)聲場能量強且分布較均勻，初步驗證了該檢測工藝的可行性，故將表1中參數(shù)作為初步制定的檢測工藝，在對比試塊和模擬試塊上進行驗證。
2. 檢測設(shè)備及器材
試驗設(shè)備采用HS PA20-Fe型便攜式多功能相控陣超聲檢測儀，探頭選用DMA5-3×11×2-1.4×1.2型雙晶面陣探頭[5]，楔塊選用18.9°的有機玻璃楔塊，選用拉線編碼器。檢測設(shè)備實物如圖4所示。
圖 4 試驗用檢測設(shè)備實物
3. 相控陣超聲檢測工藝驗證
3.1 對比試塊工藝驗證
參照NB/T 47013.15—2021《承壓設(shè)備無損檢測 第15部分：相控陣超聲檢測》的相關(guān)技術(shù)要求設(shè)計了專用對比試塊，分別在焊縫中心處，距上表面深度分別為2，4，6 mm的位置制作尺寸為?2×40 mm（直徑×長度）的焊縫中心長橫孔，制作好的專用對比試塊缺陷示意及實物如圖5所示。
圖 5 專用對比試塊缺陷示意及實物
選用上述檢測設(shè)備及器材，按照表1的檢測工藝參數(shù)進行設(shè)置，然后在專用對比試塊上進行靈敏度調(diào)校，結(jié)果如圖6所示。
圖 6 對比試塊橫孔工藝驗證圖譜
由圖6可知，該檢測工藝參數(shù)設(shè)置下的檢測信號信噪比較高，檢測效果良好，初步驗證了工藝的可行性。然后，在模擬試塊上進一步進行工藝驗證及優(yōu)化。
3.2 模擬試塊工藝驗證
根據(jù)檢測對象結(jié)構(gòu)特點以及現(xiàn)場焊縫工藝，采用同種規(guī)格同種材料,以1∶1的比例進行模擬試塊制作，缺陷參數(shù)如表2所示，專用模擬試塊缺陷位置示意及實物如圖7所示。
Table 2. 專用模擬試塊缺陷參數(shù)
| 缺陷編號 | 位置 | 長度 | 深度 | 高度 | 缺陷性質(zhì) |
|---|---|---|---|---|---|
| A-2-F1 | 20 | 10 | 0 | 1.5 | 表面縱向裂紋 |
| A-2-F2 | 70 | 5 | 5.0 | 2.0 | 橫向裂紋 |
| A-3-F3 | 20 | 20 | 3.0 | 1.5 | 未熔合 |
| A-3-F4 | 60 | 20 | 5.5 | 2.0 | 未焊透 |
圖 7 專用模擬試塊缺陷位置示意及實物
采用試驗得到的相控陣超聲檢測工藝，在模擬試塊上進行工藝驗證，檢測結(jié)果如表3所示（表中SL指定量線），缺陷圖譜如圖8所示。
Table 3. 專用模擬試塊的相控陣超聲檢測結(jié)果
| 缺陷編號 | 位置/mm | 長度/mm | 當量/dB | 波幅區(qū)域 | 深度/mm | 缺陷性質(zhì) | 評定級別 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A-2-F1 | 21 | 11 | SL+8.4 | Ⅲ區(qū) | 0 | 表面縱向裂紋 | Ⅲ |
| A-2-F2 | 72 | 4 | SL+0.2 | Ⅱ區(qū) | 4.8 | 橫向裂紋 | Ⅲ |
| A-3-F3 | 20 | 18 | SL+12.4 | Ⅲ區(qū) | 3.1 | 未熔合 | Ⅲ |
| A-3-F4 | 61 | 19 | SL+1.8 | Ⅱ區(qū) | 6.5 | 未焊透 | Ⅲ |
圖 8 專用模擬試塊的相控陣超聲檢測缺陷圖譜
由表3和圖8可知，采用現(xiàn)有檢測工藝，缺陷均能有效檢出，且檢測效果良好，長度誤差在2 mm內(nèi)，深度誤差在1 mm內(nèi)，進一步驗證了相控陣超聲檢測的可行性。
3.3 射線檢測比對結(jié)果
該模擬試塊內(nèi)部未加夾套管，故可采用射線檢測對該試塊進行檢測，檢測結(jié)果如圖9所示。
圖 9 專用模擬試塊的射線檢測結(jié)果
由圖9可知，射線底片的缺陷顯示與預(yù)制的缺陷類型、尺寸基本一致，檢測效果良好，進一步驗證了相控陣超聲檢測技術(shù)的準確性和可行性。
4. 結(jié)論
（1）相控陣超聲檢測技術(shù)可檢測出分液罐斜錐體夾套管縱縫不銹鋼對接接頭模擬試塊中的預(yù)制缺陷，信噪比較高，效果良好，檢測長度誤差小于2 mm，深度誤差小于1 mm。
（2）將模擬試塊的相控陣超聲檢測結(jié)果與射線檢測結(jié)果進行比對，發(fā)現(xiàn)相控陣超聲檢測缺陷檢出率不低于射線檢測的，但實際檢測中夾套管的存在使得射線檢測無法實施，而相控陣超聲檢測技術(shù)有可行性，且檢測結(jié)果直觀可記錄。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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