畢業(yè)論文-對(duì)接焊縫的超聲相控陣檢測(cè)及圖譜分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 對(duì)接焊縫的超聲相控陣檢測(cè)及圖譜分析 系 別 測(cè)試與光電工程學(xué)院專業(yè)名稱 測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 二O一三 年 六 月 學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：2013年5月28日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，

2、同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：對(duì)接焊縫的超聲相控陣檢測(cè)及圖譜分析 摘要：焊縫連接結(jié)構(gòu)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，焊接成形過(guò)程中可能存在各種內(nèi)部缺陷，這些缺陷會(huì)使鋼材料的性能大幅下降。超聲相控陣可以調(diào)節(jié)的聲束角度和聚焦深度，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和盲區(qū)位置缺陷的檢測(cè)。已經(jīng)被越來(lái)越多的工程檢測(cè)所采用。然而相控陣形成的有些缺陷圖像特征并不是很明顯，難于直接用肉眼研究觀察得到其特征。 本文通過(guò)研

3、究超聲相控陣檢測(cè)在缺陷下所呈現(xiàn)出的圖像，并對(duì)圖像特征進(jìn)行分析。通過(guò)A 掃描和S 掃描相結(jié)合，超聲相控陣的檢測(cè)方法能夠有效地識(shí)別對(duì)接焊縫中的缺陷。本文提出的相控陣圖像圖譜特征分析方法能夠有效對(duì)接板焊縫缺陷進(jìn)行定性，檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)準(zhǔn)確性較超聲檢測(cè)得到大大提高，這為相控陣檢測(cè)方法的推廣應(yīng)用提供有力的支持。關(guān)鍵詞：超聲相控陣 對(duì)接焊縫 缺陷檢測(cè) 缺陷圖像特征分析 指導(dǎo)老師簽名：DetectionofUltrasonicPhasedArrayforButtWeld and mapping analysisName: Liu Zhihao Class: 090814Supervisor: Lu Chao

4、Abstract：With the advantages of high mechanical properties, welding and good sealing performance, ease of disassembly, light weight, short production cycle, Steel has been widely used in industries such as shipbuilding, aviation, machinery, transportation. Steel welding forming process may exist wit

5、hin a variety of defects, which may cause a substantial decline in performance of the steel material.This article through the study of ultrasonic phased array testing defect in the rendered image, and image features for analysis.Through the combination of A-scan and S-scan ultrasonic phased array te

6、sting method to effectively identify defects in the butt are image grey scale characteristics. Presented phased array image texture feature extraction method of effective combination of weld defect characterization, detection sensitivity and detection accuracy is greatly increased relative to ultras

7、onic testing, this application provides for phased array testing method of strong support.Keywords: Ultrasonic phased array technology, radiographic testing, steel, butt weld, image feature extraction Signature of Supervisor:目錄1 緒論11.1課題研究背景和意義11.2研究現(xiàn)狀21.2.1鋼制焊縫應(yīng)用21.2.2相控陣檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)3 1.2.3 相控陣的檢測(cè)歷史及發(fā)展1.3

8、主要研究?jī)?nèi)容42 超聲相控陣檢測(cè)原理72.1超聲相控陣基本原理72.2超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)83 對(duì)接焊縫超聲相控陣檢測(cè)的要求和方法103.1 鋼制對(duì)接焊縫缺陷試塊103.1.1實(shí)驗(yàn)用焊縫缺陷試塊103.1.2試驗(yàn)用檢測(cè)儀器103.2 對(duì)接焊縫的檢測(cè)方法研究3.3 本章小結(jié)4對(duì)接焊縫常見(jiàn)缺陷的超聲相控陣圖譜分析18 4.1 常見(jiàn)缺陷的識(shí)別與圖譜對(duì)比分析5 總結(jié)19致 謝20參考文獻(xiàn)211 緒論1.1課題研究背景和意義材料、能源與信息是人類文明的三大支柱，其中材料是物質(zhì)基礎(chǔ)。在各種材料中，結(jié)構(gòu)材料是人類最早使用且最廣泛使用的基礎(chǔ)材料，人類的生產(chǎn)和生活須臾不可離開(kāi)結(jié)構(gòu)材料。鋼鐵材料是人類使用最為廣泛的

9、最重要的結(jié)構(gòu)材料之一。鐵在地殼中的豐度約為5%，僅次于氧（49%）、硅（26%）和鋁（7%），而在地心中的含量有可能超過(guò)90%，其資源十分豐富。而相對(duì)于鋁較高的化學(xué)活潑性而言，鐵的化學(xué)活潑性適中，這使得鐵礦的開(kāi)采和鋼鐵的冶煉生產(chǎn)均非常方便，生產(chǎn)成本及銷售價(jià)格相當(dāng)?shù)土?。同時(shí)，鋼鐵材料具有各種優(yōu)良的性能特別是力學(xué)性能，可以充分滿足人類生產(chǎn)和生活對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性能需要。因此，自從3000年以前人類分地區(qū)逐步進(jìn)入鐵器時(shí)代以來(lái)，鋼鐵材料在人類的生產(chǎn)和生活中一直扮演了最重要的結(jié)構(gòu)材料的角色，我們目前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間仍將處于鐵器時(shí)代。 雍岐龍. 鋼鐵結(jié)構(gòu)材料中的第二相M. 冶金工業(yè)出版社, 2006.

10、焊接是指以適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)方法，使兩個(gè)原本分離的固體產(chǎn)生原子間的結(jié)合力，達(dá)到實(shí)現(xiàn)連接的一種技術(shù)方法。鋼制對(duì)接焊縫焊接以其強(qiáng)度高、重量輕、塑性和韌性好、材質(zhì)均應(yīng)，制造方便、密封性好等優(yōu)異特點(diǎn)，已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。焊接結(jié)構(gòu)是采用焊接方法加工而成的工程結(jié)構(gòu)， 通常由型鋼和鋼板等制成的筒體、梁、柱、桁架等結(jié)構(gòu)組成， 廣泛應(yīng)用于鍋爐、容器、管道、機(jī)械、橋梁、船舶等制造行業(yè)。用焊接方法加工的結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生較大的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力， 從而影響結(jié)構(gòu)的承載能力、加工精度和尺寸穩(wěn)定性。在焊接接頭中存在著一定梳理的缺陷， 如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等， 這些缺陷的存在會(huì)降低焊件強(qiáng)度， 引起應(yīng)力集中， 造

11、成焊接結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí)， 焊縫成分及金相組織與母材不同， 接頭部位經(jīng)歷熱循環(huán)不同， 使接頭不同區(qū)域的性能不同。以上三部分均會(huì)影響焊接結(jié)構(gòu)的完整性及安全性， 采用適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)方法對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)有利于保證焊接結(jié)構(gòu)安全性及可靠性。 李亞江, 王娟. 焊接原理及應(yīng)用 M. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.相控陣超聲波檢測(cè)作為一種獨(dú)特的技術(shù)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在21世紀(jì)初已進(jìn)入成熟階段。上世紀(jì)80年代初，相控陣超聲波技術(shù)從醫(yī)療領(lǐng)域躍入工業(yè)領(lǐng)域。80年代中期，壓電復(fù)合材料的研制成功，為復(fù)合型相控陣探頭的制作開(kāi)創(chuàng)新途徑。90年代初，歐美將相控陣技術(shù)作為一種新的無(wú)損評(píng)價(jià)（NDE）方法，編入超聲檢測(cè)手冊(cè)和無(wú)損檢測(cè)工

12、程師培訓(xùn)教程。自1895年至1992年，該技術(shù)主要用于核反應(yīng)壓力容器（管接頭）、大鍛件軸類，及汽輪機(jī)部件的檢測(cè)。文中側(cè)重于研究超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)在對(duì)接焊縫檢測(cè)方面的實(shí)際應(yīng)用，采用超聲相控陣檢測(cè)扇形掃查，有效地檢出鋼制對(duì)接焊縫中的多種面積型和體積型缺陷。通過(guò)對(duì)比A，B兩種顯示，為缺陷定位、定量、定性提供豐富的信息源。 李海華. 應(yīng)用超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼制對(duì)接焊接接頭的檢測(cè)實(shí)例與分析研究D. 中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司 壓力容器檢驗(yàn)所, 2008.1.2研究現(xiàn)狀1.2.1 鋼制焊縫的應(yīng)用由于鐵礦的豐富，開(kāi)采和鋼鐵的冶煉生產(chǎn)均非常方便，生產(chǎn)成本及銷售價(jià)格相當(dāng)?shù)土?，以及鋼鐵材料各種優(yōu)良的力學(xué)性能，使得鋼

13、鐵工業(yè)在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中起到了舉足輕重的作用。日本大量將焊接無(wú)裂紋鋼用于制造城市液化氣的球罐，焊接這類剛時(shí)采用超低氫焊材后，甚至在焊接板厚50mm以下或在0時(shí)都可以焊前不預(yù)熱。WCF-80鋼是我國(guó)繼WCF-62之后，與“七五”末期開(kāi)發(fā)的焊接裂紋敏感性小的高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，這種鋼具有很高的抗冷裂性能和低溫韌性，主要用于大型水電、石化和露天煤礦等?？估瓘?qiáng)度為700MPa的高強(qiáng)度鋼具有良好的沖擊韌性，可用于低溫焊接結(jié)構(gòu)；抗拉強(qiáng)度為800MPa的高強(qiáng)度鋼一般工程機(jī)械和礦山機(jī)械中使用；而超過(guò)1000MPa的高強(qiáng)度鋼一般使用于工程機(jī)械高強(qiáng)度耐磨件、核動(dòng)力設(shè)備及航海、航天設(shè)備上。對(duì)于大型工程機(jī)械，歐美

14、、日本等國(guó)家以先后逐步采用抗拉強(qiáng)度600950MPa的各類高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和抗拉強(qiáng)度1080MPa、1270MPa的高強(qiáng)度耐磨鋼。我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)大量技術(shù)引進(jìn)，其中就有高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼這類材料，這類材料在工程上應(yīng)用十分廣泛。這種鋼通常用在工程機(jī)械的主體結(jié)構(gòu)制造中，使用這種材料不僅降低了設(shè)備重量，減少能耗和原材料消耗有很大幫助，而且在提高工程機(jī)械的檔次和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命均有重大作用。 隨著制造工藝的進(jìn)步，我國(guó)也開(kāi)始開(kāi)發(fā)了高質(zhì)量新鋼種來(lái)代替進(jìn)口鋼種，其中就有工程機(jī)械用800MPa高強(qiáng)度鋼、1100MPa和1300MPa高強(qiáng)度耐磨鋼。新鋼種的研制促進(jìn)了相關(guān)配套焊接技術(shù)和焊材的開(kāi)發(fā)，產(chǎn)生一批具有國(guó)際

15、水平的新技術(shù)。為了防止焊接裂紋，高強(qiáng)度鋼一般多采用預(yù)熱焊接工藝，但預(yù)熱焊對(duì)高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)組織性能有不利影響（如軟化、脆化等）。如果能在不預(yù)熱條件下進(jìn)行焊接，對(duì)簡(jiǎn)化焊接工藝，提高焊接接頭區(qū)性能和改善工作條件有重要的意義。在不預(yù)熱條件下焊接高強(qiáng)度鋼，必須通過(guò)正確選擇焊材，嚴(yán)格控制焊接線能量等工藝措施，解決高強(qiáng)度鋼焊接裂紋、焊接區(qū)強(qiáng)韌匹配、熱影響區(qū)脆化軟化等一系列棘手問(wèn)題。焊接最薄弱的部位一般是焊接熔合區(qū)，在這個(gè)部位焊接裂紋極易產(chǎn)生和擴(kuò)展，這成為制約其焊接結(jié)構(gòu)廣泛使用的關(guān)鍵因素之一。如果能夠解釋高強(qiáng)度鋼熔合區(qū)組織結(jié)構(gòu)和微裂紋起源、擴(kuò)展原因和預(yù)防措施，這都將具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 李亞江

16、.低合金鋼焊接及工程應(yīng)用M. 北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2003-5 李亞江.低合金鋼焊接及工程應(yīng)用M. 北京,化學(xué)工業(yè)出版社,20035 黃拔岳.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)常用方法優(yōu)缺點(diǎn)的分析.福建建材.第6章（總第125期）6 燕會(huì)明.超聲相控陣技術(shù)及其應(yīng)用研究.中北大學(xué).2008年1.2.2 相控陣檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)是有許多輻射單元陣列組成的雷達(dá)電磁波相控陣技術(shù)。超聲相控陣有多個(gè)壓電晶片陣列組成，由電子系統(tǒng)控制激發(fā)各晶片，從而控制聚焦方向和焦點(diǎn)位置。超聲相控陣成像技術(shù)是通過(guò)控制換能器陣列中各陣元的激勵(lì)（或接收）脈沖的時(shí)間延遲，改變由各陣元發(fā)射（或接收）聲波到達(dá)（或來(lái)自）物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的

17、相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)聚焦點(diǎn)和聲束方位的變化，完成聲成像的技術(shù)。由于相控陣陣元的延遲時(shí)間可動(dòng)態(tài)改變，所以使用超聲相控陣探頭探傷主要是利用它的聲束角度可控和可動(dòng)態(tài)聚焦兩大特點(diǎn)。超聲相控陣中的每個(gè)陣元被相同脈沖采用不同延遲時(shí)間激發(fā)，通過(guò)控制延遲時(shí)間控制偏轉(zhuǎn)角度和焦點(diǎn)。實(shí)際上,焦點(diǎn)的快速偏轉(zhuǎn)使得對(duì)試件實(shí)施二維成像成為可能。 超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域,醫(yī)學(xué)超聲成像中用相控陣換能器快速移動(dòng)聲束對(duì)被檢器官成像;大功率超聲利用其可控聚焦特性局部升溫?zé)岑熤伟?使目標(biāo)組織升溫并減少非目標(biāo)組織的功率吸收。最初,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)用高等原因使其在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用受限。然而隨著電

18、子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,超聲相控陣技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè),特別是在核工業(yè)及航空工業(yè)等領(lǐng)域。如核電站主泵隔熱板的檢測(cè);核廢料罐電子束環(huán)焊縫的全自動(dòng)檢測(cè)及薄鋁板摩擦焊縫熱疲勞裂紋的檢測(cè)。由于數(shù)字電子和DSP技術(shù)的發(fā)展，使得精確延時(shí)越來(lái)越方便，因此近幾年,超聲相控陣技術(shù)發(fā)展的尤為迅速。超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）采用電子方法控制聲束聚焦和掃描，檢測(cè)速度成倍提高：超聲波束方向可自由變換；焦點(diǎn)可以調(diào)節(jié)甚至實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦；探頭固定不動(dòng)便能實(shí)現(xiàn)超聲波扇掃或者線掃；相控陣技術(shù)可進(jìn)行電子掃描，比通常的光柵掃描快一個(gè)數(shù)量等級(jí)；（2）具有良好的聲束可達(dá)性，能對(duì)復(fù)雜幾何形狀的工件進(jìn)行探查：用一個(gè)相

19、控陣探頭，就能涵蓋多種應(yīng)用，不象普通超聲探頭應(yīng)用單一有限；對(duì)某些檢測(cè)，可接近性是“攔路虎”，而對(duì)相控陣，只需用一小巧的陣列探頭，就能完成多個(gè)單探頭分次往復(fù)掃查才能完成的檢測(cè)任務(wù)（3）通過(guò)優(yōu)化控制焦點(diǎn)尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向，可使檢測(cè)分辨力、信噪比和靈敏度等性能得到提高；（4）通常不需要輔助掃查裝置，探頭不與工件直接接觸，數(shù)據(jù)以電子文件格式存儲(chǔ)，操作靈活簡(jiǎn)便且成本低。（5）真實(shí)幾何結(jié)構(gòu)成像技術(shù)：解決復(fù)雜幾何構(gòu)件檢測(cè)難題；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)生成幾何形狀圖象；輕松指出缺陷真實(shí)特征位置；成像由各聲束A掃數(shù)據(jù)生成；實(shí)際檢測(cè)結(jié)合工藝軌跡追蹤；可用于所有形式的焊縫檢測(cè)；同步顯示A、B、S、C、D、P、3D掃描數(shù)據(jù)。超

20、聲相控陣檢測(cè)成像方式與第一節(jié)中提到的其他超聲成像方式相比較，超聲相控陣成像具有綜合的優(yōu)點(diǎn)，這表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）與B型、C型等掃描成像方式相比，相控陣超聲成像使用陣列換能器（探頭），不需要移動(dòng)探頭就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)試樣一定聲場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的聚焦掃查。另外，在B型、C型等掃描成像方式中的聲束時(shí)有單探頭發(fā)出的，其焦距、焦深等參數(shù)都是固定的，在不移動(dòng)探頭位置的條件下，不能在整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)得到清晰一致的成像；而相控陣超聲成像則能通過(guò)計(jì)算機(jī)的程序靈活控制焦點(diǎn)位置、大小、焦深等多種參數(shù)，從而可得到均勻一致、高分辨率的清晰成像。（2）超聲全息能得到目標(biāo)的立體像，但它的靈敏度和分辨率不高，設(shè)備復(fù)雜昂

21、貴，目前還未得到普遍應(yīng)用。相控陣超聲成像的檢測(cè)靈敏度和分辨率大大高于超聲全息，而且通過(guò)對(duì)各個(gè)方向掃描聲束的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算重建，也可以得到被檢物體的三維成像。如采用二維陣列探頭，則可獲得實(shí)時(shí)三維成像。（3）超聲顯微鏡的成像因?yàn)樗玫膿Q能器頻率高，所以分辨率很高，但它只適用于探查物體表面和近表面微觀結(jié)構(gòu)；相控陣超聲一般不用很高的頻率，成像的分辨率雖然相對(duì)較低，但可以對(duì)較厚的大工件進(jìn)行內(nèi)部成像檢測(cè)。（4）合成孔徑聚焦技術(shù)SAFT成像和ALOK成像都具有分辨率高、信噪比好的優(yōu)點(diǎn)，是已被證明行之有效的實(shí)用化超聲檢測(cè)方法。相控陣超聲成像從原理上包含了這兩種成像方式的優(yōu)點(diǎn)：合成孔徑聚焦成像和ALOK成像都

22、是以單探頭進(jìn)行移動(dòng)發(fā)射/接收來(lái)合成陣列探頭的效應(yīng)，從而獲得性能的提高，相控陣超聲成像中的陣列傳感器則在物理上就是陣列結(jié)構(gòu)，因此同樣能獲得高分辨率和高信噪比。由于在一定范圍內(nèi)可免去移動(dòng)探頭的定位掃查機(jī)構(gòu)，相控陣超聲成像的系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化、可靠性增強(qiáng)。77 施克仁, 郭寓岷. 相控陣超聲成像檢測(cè)M. 1. 高等教育出版社, 2010.1.2.3 相控陣的檢測(cè)歷史及發(fā)展20世紀(jì)20年代，蘇聯(lián)科學(xué)家S.J.Slkolov就已經(jīng)開(kāi)始了超聲成像的研究。其后由于技術(shù)上的種種原因，超聲成像研究進(jìn)展緩慢。之后隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大大推動(dòng)了超聲成像的研究和應(yīng)用。目前，在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，已被發(fā)展或正在研究

23、的超聲檢測(cè)成像方法主要有以下幾種。1、掃描超聲成像：脈沖超聲回波（實(shí)際上是超聲回波通過(guò)超聲換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的波形）在顯示屏上可以由不同的顯示方式，包括A型、B型、C型、P型、F型掃描顯示。2、超聲全息：基于波前重建原理，即通過(guò)物波和參考波干涉形成的圖案（全息圖），然后經(jīng)過(guò)反衍射積分的重建過(guò)程，獲得物體的圖像。早期的超聲全息模仿光全息原理，使用液面成像方式。目前研究比較活躍的聲全息方法是掃描聲全息，大致分為激光束掃描聲全息和計(jì)算機(jī)重建聲全息兩類。3、超聲顯微鏡：利用聲波對(duì)物體內(nèi)部的聲不連續(xù)性（如缺陷、力學(xué)特性或微觀組織變化等）進(jìn)行高分辨率成像檢測(cè)的系統(tǒng)和技術(shù)。其原理是用高頻（工作頻率可高達(dá)2G

24、Hz）超聲波照射樣品，形成樣品的微觀聲學(xué)參數(shù)分布，能獲得被測(cè)物體表面和近表面結(jié)構(gòu)的高分辨率圖像。4、超聲CT：計(jì)算機(jī)層析超聲成像，它是借鑒X射線CT而發(fā)展的超聲成像技術(shù)。其用一束超聲波依次沿不同方位角照射物體，并同時(shí)檢測(cè)物體中目標(biāo)的散射波（即投影），再由投影來(lái)計(jì)算反演重建目標(biāo)的像。目前超聲CT主要有透射型和反射型兩種，而圖像重建也有兩種理論，射線理論和衍射理論。5、ALOK超聲成像（amplitudenandlaufzeitortskurven）技術(shù)，即幅度傳播時(shí)間位置曲線技術(shù)。利用幅度傳播時(shí)間位置曲線，通過(guò)傳播時(shí)間補(bǔ)償和信號(hào)疊加的方法，從回?fù)苄盘?hào)中識(shí)別來(lái)自缺陷的回波信息而去除噪聲信號(hào)，并可給

25、出用B型顯示的缺陷圖像。8 張家平，韋鈺，ALOK成象系統(tǒng)及其定量無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用J，無(wú)損檢測(cè)，V13 1991121-1238 張家平，韋鈺，ALOK成象系統(tǒng)及其定量無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用J，無(wú)損檢測(cè)，V13 1991121-1236、衍射傳播時(shí)間技術(shù)（TOFD）：依靠超聲波和缺陷端部相互作用發(fā)出的衍射波來(lái)檢出缺陷并對(duì)其進(jìn)行定量的檢測(cè)技術(shù)，并可給出A型掃描顯示及D掃描、B掃描灰度圖像顯示。9 9 張亮. 淺析典型缺陷的TOFD圖像J. 華章, 2011(28).7、合成孔徑聚焦技術(shù)（SAFT）：采用小孔徑換能器和較低的工作頻率，以獲得高的空間分辨力的一種超聲檢測(cè)技術(shù)，能在近場(chǎng)區(qū)工作，并能實(shí)現(xiàn)三維成像的

26、特點(diǎn)。8、超聲相控陣成像：通過(guò)控制陣列換能器中各個(gè)陣元激勵(lì)（或接收）脈沖的時(shí)間延遲，改變由各陣元發(fā)射（或接收）聲波到達(dá)（或來(lái)自）物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)聚焦點(diǎn)和聲束方位的變化，從而完成相控陣波束合成，形成成像掃描線的技術(shù)，可給出A型、B型、C型、P型及3D掃描成像。至今超聲相控陣技術(shù)已有近20多年的發(fā)展歷史。初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域,醫(yī)學(xué)超聲成像中用相控陣換能器快速移動(dòng)聲束對(duì)被檢器官進(jìn)行成像，而大功率超聲利用其可控聚焦特性局部升溫?zé)岑熤伟?使目標(biāo)組織升溫并減少非目標(biāo)組織的功率吸收。最初,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)用高等原因使其在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用受限。然而隨著電子技術(shù)和計(jì)

27、算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,超聲相控陣技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)。10 10 鐘志民, 梅得松. 超聲相控陣技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用D. 核工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中心, 2002.近年來(lái)，超聲相控陣技術(shù)以其靈活的聲束偏轉(zhuǎn)及聚焦性能越來(lái)越引起人們的重視。由于壓電復(fù)合材料、納秒級(jí)脈沖信號(hào)可控制、數(shù)據(jù)處理分析、軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬等高新技術(shù)在超聲相控陣成像領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用，使得超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)得以快速發(fā)展，逐漸應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。在超聲相控陣成像檢測(cè)儀器設(shè)備方面，國(guó)外有以色列SONOTRONNDT公司、加拿大R/DTECH公司、美國(guó)GE公司、日本OLYMPUS公司、英國(guó)SONATEST公司、英國(guó)TechnologyDe

28、sign公司等致力研發(fā)相控陣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備，并且已經(jīng)在各行各業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域得到了成功地應(yīng)用。同時(shí)國(guó)內(nèi)也有多家公司在對(duì)超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行研究，如廣州多浦樂(lè)電子科技有限公司、汕頭超聲研究所、武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限公司，且這些設(shè)備已逐步投入生產(chǎn)并在市場(chǎng)中得到推廣應(yīng)用。1.3主要研究?jī)?nèi)容 本文利用圖譜分析方法綜合分析了鋼制對(duì)接焊縫的典型缺陷的主要形式和特點(diǎn)，主要研究?jī)?nèi)容如下:1、對(duì)象分析:由于鋼制對(duì)接焊板的廣泛應(yīng)用，焊板的焊接質(zhì)量的評(píng)估也顯得尤為重要，所以對(duì)于鋼制對(duì)接焊板常出現(xiàn)缺陷的部位及其原因的認(rèn)識(shí)也逐漸加深，缺陷的種類很多，最常見(jiàn)的缺陷有五種，分別是氣孔、裂紋、未焊透、未熔合、夾渣。（1）氣孔

29、氣孔可分為三種類型:接頭氣孔、表面氣孔和內(nèi)部的氣孔。波接頭氣孔:低氫焊條焊接頭的表面和內(nèi)部氣孔，該解決方案很簡(jiǎn)單:焊波時(shí)，應(yīng)允許電弧完全融化，然后再引弧線前進(jìn)，或直接對(duì)焊縫引弧可避免氣孔出現(xiàn)。表面氣孔:材料中含有較高金屬硫、碳、硅的部分容易產(chǎn)生氣孔類缺陷。解決方案:使用低氫焊條或替換容易產(chǎn)生毛孔的母材金屬，消除焊接部位的污物。低氫焊條的使用應(yīng)合理焊接規(guī)范，在焊接過(guò)程中的最大電流電極尾部不紅;此外，低氫焊條特別容易受潮，受潮后容易毛孔焊條，焊接前必須在指定的溫度烘烤。內(nèi)部氣孔一般為球形孔，常出現(xiàn)在焊縫中央。原因:焊接電流過(guò)大;電極過(guò)快;電弧過(guò)長(zhǎng);焊接部位不干凈;焊條保存不當(dāng)受潮。由于上述原因氣孔

30、的焊接藝和操作方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以解決問(wèn)題。(2)裂縫裂紋可按產(chǎn)生原因大致分為三種:毛隙裂縫、剛性裂縫、碳或硫元素引起的裂縫。毛隙裂縫:毛隙裂縫發(fā)生焊接部位內(nèi)部，一般只在焊接部位的毛狀狀裂縫。原因是氫的影響或是金屬冷卻太快引起局部應(yīng)力集中。解決方案:改用低氫焊條;焊件預(yù)熱;降低冷卻速度。剛性裂縫:通常為縱向焊縫通身的裂紋。原因:焊接部分剛性太大;由于焊接造成很大的應(yīng)力;焊接速度太快;焊接電流過(guò)大;焊縫金屬的凝固太快。其解決辦法:采用合理的焊接工序或是在焊接前對(duì)焊接工件進(jìn)行預(yù)加熱，降低材料的剛性。對(duì)于特別厚或是剛性材料應(yīng)在合適的電流和焊速下采用低氫焊條進(jìn)行焊接。由碳和硫元素造成的裂縫:焊接

31、金屬碳和硫元素過(guò)高或偏析過(guò)大，導(dǎo)致應(yīng)力集中易產(chǎn)生裂紋。解決辦法:焊前預(yù)熱，或使用低氫焊條。(3)未焊透未焊透是指焊接時(shí)母材金屬之間應(yīng)該熔合而未焊上的部分。出現(xiàn)在單面焊的坡口根部及雙面焊的坡口鈍邊，和焊接坡口有關(guān)，一般在焊縫的中間，多發(fā)生在焊縫根部。未焊透產(chǎn)生原因:由于焊接規(guī)范選擇不當(dāng)或是焊接速度過(guò)快，直接導(dǎo)致金屬還未完全熔化就己凝固;另外坡口開(kāi)口角度過(guò)小，鈍邊過(guò)大或?qū)陂g隙過(guò)小，這也將使得熔化的金屬不能很好的熔合;在操作手法上手工焊接時(shí)電流太小，運(yùn)條速度太快，使熔深減小，都可能造成未焊透。(4)未熔合合在一起的現(xiàn)象。焊材與母材之間未完全熔合的情況稱為邊緣未熔合;焊材與焊材之間的未完全融合的情況

32、稱為層間未熔合。由于未熔合的存在，焊縫性能顯著下降，所以未熔合與未焊透相比更具有危害性。未熔合產(chǎn)生的原因:焊接電流過(guò)小，焊條焊絲在焊接時(shí)偏心或是電弧偏心，使母材或焊縫中金屬在未充分溶化就被接下來(lái)填充的金屬所覆蓋。如果母材坡口或焊縫表面臟物未完全清楚時(shí)，而焊接時(shí)的溫度又不夠高，那么未將其溶化而覆蓋上填充金屬，也會(huì)形成層間或邊緣未融合。(5)夾渣。夾渣是非金屬固體物質(zhì)殘留在金屬焊縫中的現(xiàn)象，夾雜物的一般產(chǎn)生在熔焊過(guò)程中。熔渣與鐵水未分開(kāi)時(shí)焊道冷卻后就會(huì)產(chǎn)生夾渣。對(duì)夾渣的產(chǎn)生可以解釋為:焊接電流小，焊速快，電弧長(zhǎng)，方法不對(duì)等。不同位置產(chǎn)生夾渣的原因及防止方法也不同。平焊時(shí)夾渣產(chǎn)生可以解釋為:焊接時(shí)電

33、流小或是電弧長(zhǎng)，產(chǎn)生的電弧吹不動(dòng)熔渣，導(dǎo)致攪拌不充分，熔渣不能浮出金屬熔液;走焊速度過(guò)快，熔渣與鐵水未分開(kāi)時(shí)熔池就己經(jīng)凝固;焊接速度過(guò)慢，熔渣過(guò)多過(guò)厚，熔渣超前于電弧產(chǎn)生夾渣;焊條角度不對(duì)，尤其是在用直流焊機(jī)時(shí)，焊板狀焊件兩端電磁偏吹時(shí)不能很快改變焊條角度而產(chǎn)生夾渣。未熔合是焊縫焊材與母材之間或是多焊道時(shí)焊縫焊材之間彼此之間未完全熔合。2、檢測(cè)要求分析（1）方法選擇本實(shí)驗(yàn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試塊的制作，然后通過(guò)射線檢測(cè)底片對(duì)焊板內(nèi)的缺陷進(jìn)行定性，然后對(duì)焊板缺陷部位進(jìn)行超聲相控陣檢測(cè)，并對(duì)兩者結(jié)果進(jìn)行對(duì)比的得到典型缺陷的圖像，并通過(guò)圖像紋理特征分析，提取典型缺陷圖像的特征，為缺陷的定性提供幫助。（2）檢

34、測(cè)設(shè)計(jì)1儀器設(shè)備選擇實(shí)驗(yàn)采用汕頭市超聲儀器研究所有限公司的CTS-602超聲相控陣檢測(cè)儀，顯示屏采用6.5英寸的TFT液晶屏，分辨率達(dá)640480；檢測(cè)儀的顯示方式主要有常規(guī)和相控陣兩種模式，在實(shí)驗(yàn)中將采用相控陣規(guī)模式下扇掃的方式，對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)。2檢測(cè)參數(shù)（1）儀器參數(shù)CTS-602超聲相控陣檢測(cè)儀的顯示方式主要有常規(guī)和相控陣兩種模式，常規(guī)模式下可進(jìn)行A 掃描，系統(tǒng)帶寬為0.515MHz，A/D采樣頻率最高為240MHz，BNC接口可以同時(shí)接兩個(gè)探頭，最大穿透厚度為6000mm(鋼縱波)，連續(xù)可調(diào)，最小顯示范圍5 mm；相控陣模式下有線掃、扇掃、 C 掃和D 掃等，系統(tǒng)帶寬為110MHz，A

35、/D采樣頻率最高為40MHz，接口只可以接一個(gè)探頭，支持16/32/64/128陣元探頭，具備自動(dòng)探頭識(shí)別功能，活動(dòng)孔徑自動(dòng)根據(jù)探頭設(shè)定，最高為32；掃描類型有線掃和扇掃，線掃掃查范圍為-45+45，扇掃掃查范圍為-80+80，掃描線最大有128條，發(fā)射可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)聚焦，接收可實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦，最大范圍每掃描線1008焦點(diǎn)，相控陣模式最大穿透厚道為1000mm(鋼縱波)。（2）探頭參數(shù)實(shí)驗(yàn)探頭型號(hào)采用TL4T8型，由16晶片組成，中心頻率為4.00.4MHz，陣元間距為0.5mm。（3）楔塊參數(shù)實(shí)驗(yàn)采用的楔塊型號(hào)為8A1，30到70橫波斜塊，探頭尺寸為8 mm9 mm，楔塊角度36。3校準(zhǔn)在

36、實(shí)驗(yàn)中，相控陣的探頭采用CSK-A、CSK-A試塊進(jìn)行探頭校準(zhǔn)（探頭零點(diǎn)）4檢測(cè)探頭和工件之間用機(jī)油進(jìn)行耦合，掃描方向與焊縫方向平行。5檢測(cè)效果評(píng)價(jià)（1）嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定鋼制對(duì)接焊縫缺陷試樣，包括試件的材料、尺寸和焊接工藝等。（2）制定超聲相控陣檢測(cè)工藝，并對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)內(nèi)部典型缺陷進(jìn)行檢測(cè)并得到其圖像。（3）對(duì)缺陷圖像進(jìn)行紋理分析，得出各種不同的缺陷在超聲相控陣檢測(cè)下所得圖像特征并識(shí)別，為超聲相控陣缺陷的圖像特征識(shí)別與判定提供依據(jù)。（4）將射線檢測(cè)底片、超聲相控陣檢測(cè)與圖像紋理特征與識(shí)別結(jié)果進(jìn)行綜合處理，得出剛制對(duì)接焊縫典型缺陷的圖像特征并識(shí)別。2 超聲相控陣檢測(cè)原理2.1超聲相控陣

37、基本原理相控陣技術(shù)作為一種高效可視化的超聲檢測(cè)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)控制探頭中各個(gè)小晶片的激發(fā)和接收，對(duì)各個(gè)晶片施加不同的時(shí)間延遲，使各個(gè)晶片的波陣面產(chǎn)生波的干涉，以實(shí)現(xiàn)整體聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。由于相控陣各個(gè)陣元的延遲時(shí)間可動(dòng)態(tài)改變，所以使用相控陣技術(shù)探傷主要是利用其聲束角度可調(diào)和可動(dòng)態(tài)聚焦的特點(diǎn)。11 李衍.鋼焊縫相控陣超聲波探傷新技術(shù)J.無(wú)損探傷.2002,26（3）：1-512 單寶華，喻言，歐進(jìn)萍.超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用J.無(wú)損檢測(cè)，2004,26（5）：235-238.1311 李衍.鋼焊縫相控陣超聲波探傷新技術(shù)J.無(wú)損探傷.2002,26（3）：1-512 單寶華，喻言，歐進(jìn)萍.超聲相控

38、陣檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用J.無(wú)損檢測(cè)，2004,26（5）：235-238.13 徐西剛，施克仁，陳以方，等.相控陣超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的研制J.無(wú)損檢測(cè)，2004,26（3）：116-119圖2.80所示是相控陣發(fā)射超聲波原理圖。發(fā)射電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)，相控陣單元在觸發(fā)脈沖的作用下，產(chǎn)生寬度，延時(shí)可編程控制的高電壓激勵(lì)脈沖。這些不同延時(shí)的激勵(lì)脈沖分別作用于換能器的各個(gè)陣元產(chǎn)生超聲波。如圖2.81（a）所示，由于換能器各個(gè)陣元的激勵(lì)時(shí)序是兩端陣元先激勵(lì)，逐漸向中間陣元加大延遲，使得合成的波陣面最后指向探測(cè)面正前方的某個(gè)曲率中心，即形成垂直聚焦發(fā)射。如圖2.81（b）所示，由于相控陣換能器各個(gè)陣元的激勵(lì)時(shí)

39、序是從左到右等間隔增加發(fā)射延遲，使得合成波陣面具有一個(gè)指向角，即形成傾斜聚焦發(fā)射。圖2.82所示是相控陣信號(hào)接收原理圖。換能器發(fā)射的超聲波遇到缺陷后產(chǎn)生回波信號(hào)，回波到達(dá)各陣元的時(shí)間存在差異。按照回波到達(dá)各陣元的時(shí)間差對(duì)各個(gè)陣元接收信號(hào)進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，然后相加合成，就能將待定方向回波信號(hào)疊加增強(qiáng)，而其他方向的回波信號(hào)減弱甚至抵消。3 對(duì)接焊縫超聲相控陣檢測(cè)的要求和方法3.1 鋼制對(duì)接焊縫缺陷試塊3.1.1實(shí)驗(yàn)用焊縫缺陷試塊試件的設(shè)計(jì)和制作嚴(yán)格按照NB/T47014-16-2011承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定和壓力容器焊接規(guī)程、(JB/T 4730-2005承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)和壓力容器材料相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

40、試件材料均為為Q235，為對(duì)接焊板結(jié)構(gòu)，板長(zhǎng)300mm，寬300mm，厚度不同。平板焊縫為X形坡口和V形坡口。焊縫中預(yù)留了氣孔、夾渣、裂紋、未焊透和未熔合等人工缺陷。具體試樣參數(shù)尺寸見(jiàn)下表。14 國(guó)家能源局.NB/T4701416-2011.承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定和壓力容器焊接規(guī)程S.2011年7月-14 國(guó)家能源局.NB/T4701416-2011.承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定和壓力容器焊接規(guī)程S.2011年7月15 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).JB 4730-2005.承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)S.2005年7月16 張彥華.焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用M.北京，化學(xué)工業(yè)出版社.2009試塊編號(hào)試塊厚度表面狀態(tài)坡口形式焊板形

41、式JM-HS-1100220熱軋表面X型板-板JM-ZH-1020620熱軋表面X型板-板JM-HS-1102124熱軋表面V型板-板JMHS-1212520熱軋表面V型板-板3.1.2試驗(yàn)用檢測(cè)儀器實(shí)驗(yàn)采用汕頭市超聲儀器研究所有限公司的CTS-602超聲相控陣檢測(cè)儀，顯示屏采用6.5英寸的TFT液晶屏，分辨率達(dá)640X480;接口共有三種，分別是1個(gè)VGA輸出接口、1個(gè)USB接口和1個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，儀器本身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總共可儲(chǔ)存300組數(shù)據(jù)集，如圖2-9所示。圖2.9 CTS-602超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備圖(1)性能參數(shù)檢測(cè)儀的顯示方式主要有常規(guī)和相控陣兩種模式，常規(guī)模式下可進(jìn)行A掃描，系統(tǒng)帶寬為0

42、.515MHz, A/D采樣頻率最高為240MHz, BNC接口可以同時(shí)接兩個(gè)探頭，最大穿透厚度為6000mm(鋼縱波)，在范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)，最小顯示范圍可以達(dá)到_5 mm;相控陣模式下有線掃、扇掃、C掃和D掃等，系統(tǒng)帶寬為110MHz,A/D采樣頻率最高為40MHz，接口只可以接一個(gè)探頭，支持16/32/64/128陣元探頭，具備自動(dòng)探頭識(shí)別功能，活動(dòng)孔徑自動(dòng)根據(jù)探頭設(shè)定，最高為犯;掃描類型有線掃和扇掃，線掃掃查范圍為-45+45，扇掃掃查范圍為-80+80，掃描線最大有128條，發(fā)射可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)聚焦，接收可實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦，最大范圍每掃描線1008焦點(diǎn)，相控陣模式最大穿透厚道為1000m

43、m(鋼縱波)。(2)探頭參數(shù) 實(shí)驗(yàn)探頭型號(hào)采用TL4T8型，由16晶片組成，中心頻率為4.0士0.4MHz，陣元間距為0.5mm。(3)楔塊參數(shù) 實(shí)驗(yàn)采用的楔塊型號(hào)為8A1, 30到70橫波斜塊，探頭尺寸為8 mm X 9 mm,楔塊角度36。(4)實(shí)驗(yàn)環(huán)境在實(shí)驗(yàn)中，相控陣的探頭采用CSK-A、CSK-A標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行探頭校準(zhǔn)(探頭零點(diǎn))，探頭和工件之間用機(jī)油進(jìn)行耦合，掃描方向與焊縫方向平行。3.2 對(duì)接焊縫的檢測(cè)方法研究對(duì)接接頭焊縫示意圖探頭設(shè)置參考實(shí)際實(shí)驗(yàn)中選用的相控陣探頭參數(shù)，將用于模擬的相控陣探頭陣列類型設(shè)置為線性，陣列晶片個(gè)數(shù)為16，中心頻率為4MHz，探頭與工件接觸方式設(shè)置為直接接觸

44、，以油作為偶合劑，兩陣元的中心間距是0.5mm，活動(dòng)孔徑為8 mm，被動(dòng)孔徑為13.9 mm。在探頭上裝備產(chǎn)生橫波的楔塊，楔塊材料設(shè)為有機(jī)玻璃，楔塊角度為36，楔塊具體尺寸如圖4-2 所示。傳感器采用4MHz 的中心頻率，采樣頻率為40MHz，帶寬65%。探頭掃描模式設(shè)置為扇形掃查，掃描角度設(shè)為3070，并以1為一個(gè)步進(jìn)。測(cè)量零點(diǎn)本儀器測(cè)量的零點(diǎn)，在深度方向是以探頭與工件的界面（如果有配備楔塊，則以楔塊與工件的界面）為零點(diǎn)，在水平方向上，是以探頭上的中心刻度線為0點(diǎn)。如 REF _Ref266954364 h * MERGEFORMAT 圖 36。探頭中心刻度線探頭中心刻度線探頭中心刻度線探頭

45、中心刻度線圖 3 SEQ 圖 * ARABIC s 1 6 測(cè)量零點(diǎn)示意圖校正校正包括兩個(gè)方向：垂直和水平，通常先校正垂直方向，再校正水平方向。操作步驟：（1）將探頭放置到標(biāo)準(zhǔn)工件或試塊上，確認(rèn)耦合良好；（2）根據(jù)需求設(shè)置掃描設(shè)置，請(qǐng)參見(jiàn) REF _Ref266954715 r h * MERGEFORMAT 2.5 REF _Ref266954715 h * MERGEFORMAT 掃描設(shè)置；（3）按“測(cè)量”主菜單對(duì)應(yīng)鍵，切換到“測(cè)量”主菜單；（4）選中“光標(biāo)測(cè)量1”子菜單，按子菜單調(diào)節(jié)、鍵，使選項(xiàng)為“RC1”；（5）選中“光標(biāo)測(cè)量2”子菜單，按子菜單調(diào)節(jié)、鍵，使選項(xiàng)為“DC1”；（6）選中

46、“光標(biāo)1”子菜單，并再按其對(duì)應(yīng)鍵，切換到“深度”選項(xiàng)；（7）按子菜單調(diào)節(jié)、鍵，調(diào)節(jié)使“DC1”數(shù)值顯示為標(biāo)準(zhǔn)工件或試塊上參考點(diǎn)的深度；（8）選中“垂直零點(diǎn)”子菜單，調(diào)節(jié)使標(biāo)準(zhǔn)工件或試塊上參考點(diǎn)在圖像上的位置與“光標(biāo)1”的深度線一致，此時(shí)垂直方向校正完畢；（9）選中“光標(biāo)1”子菜單，并再按其對(duì)應(yīng)鍵，切換到“水平”選項(xiàng)；（10）按子菜單調(diào)節(jié)、鍵，調(diào)節(jié)使“RC1”數(shù)值顯示為標(biāo)準(zhǔn)工件或試塊上參考點(diǎn)距離探頭中心刻度線的水平距離；（11）選中“水平零點(diǎn)”子菜單，調(diào)節(jié)使標(biāo)準(zhǔn)工件或試塊上參考點(diǎn)在圖像上的位置與“光標(biāo)1”的水平線一致，此時(shí)水平方向校正完畢；斜探頭扇掃示意圖如圖放置斜探頭，沿焊縫方向作水平掃查，觀

47、察儀器液晶屏顯示圖像，調(diào)節(jié)增益使圖像清晰明顯。確定缺陷圖像后調(diào)節(jié)掃描線至缺陷正中，同時(shí)調(diào)節(jié)波門以框住A型掃描波形，凍住屏幕，讀出掃查數(shù)據(jù)，并對(duì)有價(jià)值圖像進(jìn)行保存，輸出。 3.2本章小結(jié)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作鋼制對(duì)接焊縫缺陷試件，熟悉檢測(cè)儀器的使用方法和重要參數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)選取典型缺陷試塊作分析。 制定實(shí)驗(yàn)方案，用標(biāo)準(zhǔn)試塊對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行定標(biāo)，按設(shè)計(jì)方案對(duì)試塊進(jìn)行掃查。得到相關(guān)圖譜。為后續(xù)分析作準(zhǔn)備。4對(duì)接焊縫常見(jiàn)缺陷的超聲相控陣圖譜分析4.1 常見(jiàn)缺陷的識(shí)別與圖譜對(duì)比分析17 李衍焊縫超聲檢測(cè)相控陣參數(shù)與缺陷顯示的相關(guān)性J中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25(12)：37-4l17 李衍焊縫超聲檢測(cè)相控陣參

48、數(shù)與缺陷顯示的相關(guān)性J中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25(12)：37-4l18 危荃,鄔冠華,吳偉,鐘德煌.鈦合金厚板焊縫超聲相控陣信號(hào)和圖像的特征與識(shí)別.2008.遠(yuǎn)東無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)論壇優(yōu)秀論文選登.2008年第30卷第8期.540-542（1）氣孔圖為JM-HS-11002 的焊縫中氣孔檢測(cè)結(jié)果，鋼板尺寸300*300*20mm，X型坡口超聲相控陣檢測(cè)氣孔的顯示圖像形狀上近似為圓球狀或是橢圓狀，圖像輪廓邊緣比較清晰，氣孔中部具有較高亮度。將相控陣探頭前后左右移動(dòng)，氣孔的A掃信號(hào)波形和相控陣圖像變化不明顯，圓球狀或是橢圓狀中部的紅色一直存在。焊縫中的氣孔與焊材交界處一般具有較光滑的邊緣，所以

49、超聲波在碰到氣孔光滑的邊緣時(shí)，回波信號(hào)還是較強(qiáng)的，所以氣孔圖像中部的亮度是比較高的，而氣孔邊緣對(duì)聲波的反射特性差異不大，邊緣各部分反射回波信號(hào)沒(méi)有明顯差異，故氣孔圖像近似構(gòu)成一個(gè)的圓球狀或橢球狀。對(duì)氣孔檢測(cè)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)中，移動(dòng)相控陣探頭，氣孔的形狀始終比較規(guī)則，由于氣孔的體積比較小，所以對(duì)底面的反射回波傳播沒(méi)有明顯影響。此外，由于相控陣能較為直觀的顯示缺陷的圖像，所以減少了人為因素的影響，所以超聲相控陣對(duì)氣孔類型的缺陷定性還是非常準(zhǔn)確的，而且超聲相控陣方法相比常規(guī)超聲波提供的信息更加直觀、更加豐富，另外在借助左側(cè)A超波形圖可進(jìn)一步驗(yàn)證相控陣的判斷。圖為JM-HS-11002 的射線檢測(cè)對(duì)比圖片（

50、2）裂紋圖為JM-HS-11021 的焊縫中裂紋檢測(cè)結(jié)果，鋼板尺寸300*300*24mm，V型坡口超聲相控陣檢測(cè)裂紋的顯示形狀為線條狀，大多數(shù)情況下有一定的彎曲，并與焊道方向呈一定夾角，圖像輪廓邊緣較為明顯、亮度較高，與底色反差明顯，端角反射信號(hào)波幅強(qiáng)，聲像大，而尖端衍射信號(hào)波幅較弱，聲像較小。在焊縫中裂紋部位做好標(biāo)記，用探頭掃查發(fā)現(xiàn)，整個(gè)裂紋圖像的顏色呈現(xiàn)先由淺至深、再由深變淺的連續(xù)變化。由于超聲相控陣直觀性，所以對(duì)裂紋的定性也是非常準(zhǔn)確的。而直觀的相控陣裂紋圖像與A超波形圖相結(jié)合判定，為裂紋的定性提供了充分可靠的依據(jù)。由于裂紋屬于面積型缺陷，回波信號(hào)遠(yuǎn)比氣孔強(qiáng)烈，所以在圖像中呈現(xiàn)出比較大

51、的示面積，由于裂紋出現(xiàn)位置的不同，有時(shí)會(huì)伴有底角反射的出現(xiàn)。因?yàn)榱鸭y發(fā)生在焊縫根部時(shí)底波的反射回波將會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)果，裂紋的反射回波和底角反射往往難于區(qū)分開(kāi)來(lái)，故容易發(fā)生漏檢。面積型缺陷都有取向性問(wèn)題，當(dāng)取向不佳時(shí)，普通超聲波檢測(cè)非常容易漏檢，而相控陣不存在這個(gè)問(wèn)題，但也有其自身的其局限性，相控陣圖像一般得到的都是二維圖像，而事實(shí)上的缺陷一般都是三維的，所以目前來(lái)說(shuō)相控陣并不能很好的把這些信息呈現(xiàn)出來(lái)。圖為JM-HS-11021的射線檢測(cè)對(duì)比圖片（3）未焊透圖為JM-HS-12125 的焊縫中未焊透檢測(cè)結(jié)果，鋼板尺寸300*300*20mm，V型坡口超聲相控陣檢測(cè)未焊透的圖像形狀一般呈現(xiàn)比較平

52、直，有時(shí)斷斷續(xù)續(xù)的線條狀，大多數(shù)情況下與焊道方向平行，邊緣清晰明顯，由于在未焊透的邊緣會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的衍射原因，圖像上顯示出強(qiáng)烈的回波信號(hào)，所以未焊透圖像的中部有較高亮度，與底色反差明顯。而未焊透邊緣對(duì)聲波的反射特性差異不大，邊緣各部分反射回波信號(hào)沒(méi)有明顯差異，所以，用不同掃查角度對(duì)對(duì)缺陷掃查時(shí)，A超回波信號(hào)相差不大，也未有明顯變化。焊縫中未焊透一般出現(xiàn)在比較固定的位置，一般為多層焊層間出現(xiàn)未焊透缺陷。本實(shí)驗(yàn)采用的焊板是V型坡口，這是一次波掃查到的。由于超聲相控陣直觀性，所以對(duì)未焊透的定性也是非常準(zhǔn)確的。圖為JM-HS-12125的射線檢測(cè)對(duì)比圖片（4）未熔合圖為JM-HS-12125 的焊縫中未

53、熔合檢測(cè)結(jié)果，鋼板尺寸300*300*20mm，V型坡口超聲相控陣檢測(cè)未熔合的圖像形狀一般是扁橢圓狀或是條狀，并比較平直，輪廓較為清晰，缺陷中部亮度較高。由于未熔合屬于平面狀缺陷，有長(zhǎng)度和明顯的自身高度，前后左右移動(dòng)相控陣探頭，A超橫向掃查測(cè)量缺陷長(zhǎng)度的尺寸時(shí)，波幅基本保持不變，圖像上的圓球形紅點(diǎn)始終存在，旋轉(zhuǎn)或環(huán)繞掃查時(shí)，波高迅速降低。大部分情況下比較平直并與焊道方向平行邊緣清晰，而且亮度比較高，與底色反差比較大。未熔合形成后，邊緣與材料一般具有較光滑的邊緣，這時(shí)的形成較強(qiáng)的反射回波信號(hào)，故中部亮度較高，而未熔合邊緣對(duì)聲波的反射特性差異不大，邊緣各部分反射回波信號(hào)沒(méi)有明顯差異，構(gòu)成一個(gè)近似的

54、扁橢球狀或條狀。在焊縫中出現(xiàn)位置一般都不固定，可發(fā)生在焊道層間各個(gè)位置，聲波反射也比較強(qiáng)烈，因此移動(dòng)探頭時(shí)，缺陷處波形變化不大，且焊縫中的未熔合有一定的面積，對(duì)底波的傳播有一定的影響，因此不同位置的底波有明顯變化。從檢測(cè)結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)，相控陣方法對(duì)未熔合缺陷的定性并不是非常準(zhǔn)確。一方面，缺陷顯示的圖像非常直觀，由于未熔合的形狀、大小和位置不固定，還是需要通過(guò)依靠其它手段才可以地判斷缺陷的性質(zhì)。圖為JM-HS-12125的射線檢測(cè)對(duì)比圖片（5）夾渣圖為JM-HS-11002 的焊縫中夾渣檢測(cè)結(jié)果，鋼板尺寸300*300*20mm，X型坡口夾渣基本上是體積型缺陷，形狀不確定，因此圖像沒(méi)有典型形狀，這

55、種缺陷的表面粗糙，界面反射率低，同時(shí)還有部分聲波透入夾渣層，形成多次反射，輪廓不是很清晰，邊緣有一些反射波，但是強(qiáng)度不高，缺陷中部亮度較高，缺陷中部亮度較高，因此輔助A掃波形顯示寬度大并帶鋸齒，回波當(dāng)量較小，由于是體積型缺陷，理論上可以被任何斜探頭檢測(cè)到。夾渣屬于體積性缺陷，有長(zhǎng)度和明顯的自身高度，前后左右移動(dòng)相控陣探頭，A超橫向掃查測(cè)量缺陷長(zhǎng)度的尺寸時(shí)，移動(dòng)探頭時(shí)信號(hào)明顯滾動(dòng)，相控陣圖像上的圓球形紅點(diǎn)始終存在，邊緣不清晰，而且亮度與底色反差不大。從檢測(cè)結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)，相控陣方法對(duì)夾渣缺陷的定性不是非常準(zhǔn)確，一方面，缺陷顯示的圖像非常直觀，由于夾渣的形狀、大小和位置的不固定，還是需要通過(guò)依靠其它手段才可以地判斷缺陷的性質(zhì)。圖為JM-HS-11002的射線檢測(cè)對(duì)比圖片5 總結(jié)5.1實(shí)驗(yàn)總結(jié)本文在使用超聲相控陣設(shè)備對(duì)鋼制對(duì)接焊縫中的典型缺陷進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，本實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備為汕頭市超聲儀器研究所有限公司的CTS-602超聲相控陣檢測(cè)儀，探頭型號(hào)為TL4T8型，楔塊角度為36，在相控陣模式下的扇掃方式，掃查范圍設(shè)為3070，聚焦深度針對(duì)不同厚度試塊分別設(shè)置為，對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè)，探頭與工件之間用機(jī)油進(jìn)行耦合，掃描方向與焊縫方向平行，相控陣的探頭采用CSK-A、CSK-A標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行探頭校準(zhǔn)（探頭零點(diǎn)）。（