機(jī)車T型管接頭焊縫的相控陣超聲檢測(cè)

常規(guī)超聲檢測(cè)是T型焊縫內(nèi)部缺陷檢測(cè)的主要方法，但是檢測(cè)時(shí)受到管座曲率、壁厚和馬鞍狀焊縫形式等因素的影響，以及探測(cè)位置的局限，常規(guī)超聲檢測(cè)面臨著缺陷信號(hào)波形識(shí)別難度大、缺陷定位困難以及很難確保焊縫完整覆蓋的問(wèn)題。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)可以同時(shí)激發(fā)多角度聲束，可對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行較大面積覆蓋，適用于多種焊接接頭和各種類型的焊縫形式。對(duì)于機(jī)車T型管焊縫，使用相控陣超聲檢測(cè)儀器和探頭沿檢測(cè)面掃查一圈，便可以得到檢測(cè)數(shù)據(jù)。與常規(guī)超聲檢測(cè)相比，可省去繁瑣的掃查過(guò)程，而且儀器能夠自動(dòng)生成檢測(cè)圖像，配合儀器的高級(jí)工件加載功能，將機(jī)車T型管焊縫的圖像導(dǎo)入儀器，比較容易判斷缺陷。機(jī)車T型管接頭焊縫結(jié)構(gòu)某機(jī)車用T型管路使用碳鋼(Q235A或20鋼）材料，管路管徑一般為40~120mm，壁厚為4~12mm，主要用于油水管路中，接頭采用手工電弧焊，焊縫質(zhì)量受焊工技能和執(zhí)行工藝的影響較大。T型管接頭焊縫的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，其根部易產(chǎn)生不同程度的根部未焊透，而根部是結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中處，未焊透容易導(dǎo)致管路開(kāi)裂甚至引發(fā)泄漏，故這些極易出現(xiàn)缺陷的地方是需要重點(diǎn)檢測(cè)的部位。圖1T型管接頭焊縫的結(jié)構(gòu)示意T型管座角焊縫的外形是隨角度變化的，在檢測(cè)時(shí)需要繪制相貫線，根據(jù)不同角度建立焊縫模型。使用AutoCAD2010繪制出不同角度所對(duì)應(yīng)的焊縫圖，由于此類T型管接頭焊縫具有對(duì)稱性，檢測(cè)時(shí)可以按照90°間隔，將其分為4個(gè)相同部分，以兩管截面為鈍角的焊縫定為0°，以兩管截面為直角的焊縫定為90°，每隔15°畫一個(gè)焊縫。圖2T型管接頭不同角度焊縫示意使用相控陣超聲檢測(cè)儀的高級(jí)工件加載功能，將T型管接頭焊縫圖形加載到設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)相控陣檢測(cè)的掃查圖像與T型管接頭焊縫圖形相結(jié)合，方便判斷工件內(nèi)部的缺陷位置。在檢測(cè)時(shí)，T型管接頭焊縫是時(shí)刻變化的，應(yīng)根據(jù)圖2中T型管接頭焊縫的角度轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)確判斷缺陷的位置。機(jī)車T型管接頭焊縫人工缺陷試塊選取曾經(jīng)在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)泄漏的20碳鋼水路T型管接頭焊縫為試驗(yàn)對(duì)象，其主管管徑為55mm，壁厚為8mm，插管管徑為40mm，壁厚為6mm，試塊實(shí)物如圖3所示，并在不同焊縫位置制作了編號(hào)為1，2，4，5號(hào)的橫孔缺陷，3號(hào)平底孔缺陷和一個(gè)刻槽缺陷（見(jiàn)圖4）。圖3T型管接頭焊縫人工缺陷試塊實(shí)物圖4T型管接頭焊縫人工缺陷分布示意1~5號(hào)缺陷的直徑均為1mm，除3號(hào)為平底孔外，其余為橫孔，長(zhǎng)度分別為7.5，7.5，1.5，8，8mm，分布于焊縫的不同位置；刻槽缺陷為長(zhǎng)9mm，深1mm的矩形槽，設(shè)置在焊縫的內(nèi)壁上。試驗(yàn)設(shè)備使用以下檢測(cè)設(shè)備：①多浦樂(lè)PHASCAN相控陣檢測(cè)儀，其配置為32/128，帶有工件圖形加載功能，儀器外觀如圖5所示；②多浦樂(lè)7.5S16-5x10自聚焦線陣相控陣探頭，頻率為7.5MHz，陣元數(shù)為16，陣元中心距離為0.5mm，陣元長(zhǎng)度為10；③多浦樂(lè)弧度楔塊，型號(hào)為SD10-N60S-IH（AOD73）。圖5相控陣超聲檢測(cè)儀外觀檢測(cè)方法使用上述試驗(yàn)系統(tǒng)，扇掃面范圍設(shè)置為30°~65°，對(duì)試塊缺陷進(jìn)行檢測(cè)，1，3，4號(hào)橫孔處的焊縫壁厚修正為9mm，2，5號(hào)橫孔處的壁厚設(shè)置為8mm。橫孔的測(cè)量方法橫孔孔徑的測(cè)量方法以1號(hào)缺陷（長(zhǎng)度為7.5mm的橫孔位于0°位置）為例，測(cè)量步驟為：①找到缺陷最高波，調(diào)節(jié)增益使其達(dá)到基準(zhǔn)波高（80%），1號(hào)缺陷最高波如圖6所示；圖61號(hào)缺陷最高波（孔徑測(cè)量）②改變S掃描角度，找到1號(hào)缺陷波的上邊緣(理論應(yīng)找到波高為40%的角度處最為合適，但因角度步進(jìn)為1°，此時(shí)波幅為38.6%)，U(r)=

13.15mm，1號(hào)缺陷上邊緣如圖7所示；圖71號(hào)缺陷上邊緣（孔徑測(cè)量）③改變S掃描角度，找到1號(hào)缺陷波的下邊緣(理論應(yīng)找到波高為40%的角度處最為合適，但因角度步進(jìn)為1°，此時(shí)波幅為41.4%)，U(m)=14.35mm，1號(hào)缺陷下邊緣如圖8所示。圖81號(hào)缺陷下邊緣（孔徑測(cè)量）④得到U(m)、U(r)數(shù)據(jù)后，可知缺陷自身高度U(m-r)=1.20mm。橫孔長(zhǎng)度的測(cè)量方法以1號(hào)缺陷（長(zhǎng)度為7.5mm的橫孔位于0°位置）為例，測(cè)量步驟為：①找到缺陷最高波，調(diào)節(jié)增益使其達(dá)到基準(zhǔn)波高（80%），如圖9所示；圖91號(hào)缺陷最高波（長(zhǎng)度測(cè)量）②將探頭沿焊縫走向環(huán)向移動(dòng)，找到缺陷最高波的一半波高（-6dB）位置，記錄探頭中心所對(duì)應(yīng)的位置，此為缺陷長(zhǎng)度方向上的端點(diǎn)，經(jīng)過(guò)測(cè)量約為8mm。缺陷波幅得出為80.1%，缺陷深度得出為4.2mm。人工刻槽的測(cè)量方法以刻槽缺陷（長(zhǎng)度為9mm刻槽位于90°位置）為例，其自身高度的測(cè)量步驟為：按照ASME標(biāo)準(zhǔn)，缺陷自身高度可以從S掃描的圖像中使用-6dB法或者端點(diǎn)衍射法進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)采用端點(diǎn)衍射法進(jìn)行測(cè)量，利用刻槽左上方的衍射回波及其與底面所形成的端角回波，可判定其自身高度，刻槽缺陷自身高度測(cè)量原理示意如圖10所示。圖10刻槽缺陷自身高度測(cè)量原理示意刻槽高度測(cè)量結(jié)果如圖11所示，衍射信號(hào)U(m)位于8.44mm，端角回波U(r)位于9.48mm，刻槽自身高度為U(m-r)約為1mm。圖11刻槽高度測(cè)量結(jié)果矩形槽測(cè)長(zhǎng)方法同橫孔測(cè)長(zhǎng)方法一致，最終測(cè)得矩形槽長(zhǎng)度約為11mm。測(cè)量出的各人工缺陷的大小如表1所示(矩形槽寬度不可測(cè))，同時(shí)還與實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行了比較。以上所檢測(cè)的缺陷位于T型焊接接頭試塊的不同位置，所得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際缺陷長(zhǎng)度和大小大致吻合，說(shuō)明相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)車T型管路接頭的質(zhì)量控制是可行的。結(jié)

語(yǔ)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)機(jī)車T型管路接頭焊縫的內(nèi)部缺陷。相控陣超聲技術(shù)有較高的缺