1 焊缝超声相控阵S扫描识图原理 焊缝常规超声检测是用固定的折射角——45°、60°和70°进行的,而相控阵超声检测则在一定角度范围内进行声束扫查。通常,相控线阵斜探头(横波)检测的声束扫查范围为35°~75°。 2 典型焊接缺陷的相控阵S-扫描图谱 以下对两种典型焊接接头型式(V型坡口单面焊和T型接头组合焊)展示了9张典型焊接缺陷的相控阵S-扫描图例。单面焊接缺陷有:焊趾裂纹,近底面坡口未熔合,近表面未熔合,密集气孔;T型接头组合焊缺陷有:根部未焊透,翼板侧未熔合,焊道下裂纹,焊趾裂纹。 为便于图像解释和评定,这里通过专用软件,特意添加了相应的焊缝探测布置截面图,绘出了焊接结构和线阵相控探头(包括线阵斜探头或线阵直探头)的布置。S扫描图加探测布置图就是焊缝相控阵超声检测的读谱“焦点”。注意,探测布置图中含有超声波在被检焊缝中的声束传播路径(声路),特别是用一次反射波(即二次波)检测时,二次波的S扫描图像是用一次波在二倍板厚中的延伸图像表示的,凡用二次波检测到的缺陷或焊缝轮廓均用“镜像”表示。 图2表示用线阵相控超声斜探头探测V型坡口单面焊缝时,由探头声束S-扫查扫到的焊趾裂纹所显示的声像图,及相应的焊缝探测布置截面图。因焊趾裂纹位于探测面一侧,该缺陷是是用超声二次波(或1.0 S波)探到的。图中显示了被检焊缝和缺陷的镜像。 裂纹高度是根据裂纹端角回波与裂纹尖端的衍射信号之间的传播时间差所对应的深度距离测出的。裂纹的相控阵测高指示值为3.6mm,实测值为3.8mm,测量误差-0.2mm。应仔细观察焊趾裂纹两信号的镜像特征:即端角反射信号波幅甚强,声像较大,而尖端衍射信号波幅较弱,声像较小。为准确测出该表面开口裂纹的自身高度,要特别注意水平光标线通过该裂纹尖端衍射声像中的交点位置(垂直光标线为该裂纹在板厚方向的高度延伸线)。 图3是靠近被检焊缝内表面的坡口未熔合的相控阵超声一次波S-扫描图像,及相应的探测布置截面图。该未熔合离内表面深度距离为1.5mm。图3(左)表示相控阵扇形声束检测原理和V型坡口单面焊焊缝根部的阴影效应。 图3(右)则表示S扫描外加D扫描(探头沿焊缝轴线方向移动或称非平行扫查)动作,能给出未熔合的“三度”尺寸:即长度、高度和离内表面的深度。注意,线阵相控超声斜探头在图示一侧探测时,焊缝根部信号(或称几何信号)有可能被该未熔合缺陷信号所掩盖。若探头置于焊缝另一侧,则缺陷信号和几何信号两者图像均可见。 2.4 内部密集气孔 2.5 近表面密集气孔 2.6 T型接头根部未焊透和翼板侧未熔合 图7表示T型接头组合焊缝中存在的根部未焊透和翼板侧未熔合的相控阵S扫描图像。线阵列纵波直探头置于翼板侧表面(探头阵列主动窗长度垂直于腹板端面),加一定范围的横向移动,并作一定角度范围的相控阵S扫描,即可检出此类焊接接头中的重要缺陷(包括根部未焊透、翼板侧未熔合,以及焊接裂纹和焊道下裂纹等)。 翼板侧S扫描外加纵向D扫描所得相控阵组合图像,对上述焊接缺陷的定位、定量十分有用。另外,还应注意缺陷信号图像与焊缝几何信号(即表面形状信号)图像的识别。 2.7 T型接头翼板侧焊道下裂纹纵波声像 2.8 T型接头翼板侧焊道下裂纹横波声像 由于被检工件和被检部位的可接近性受到限制,有时不能将超声直探头放在图8所示翼板平面上用纵波进行扫查,而只能在翼板另一面(即靠近组合焊缝和腹板的一面)用斜探头用横波进行探测。图9就表示同一T型接头(即图8所示接头)中存在的翼板侧焊道下裂纹,在翼板另一面用线阵斜探头横波二次波的相控阵检测原理和S扫描图像。 图左表示用二倍翼板厚度解释超声二次波和焊道下裂纹的镜像效应,图右表示S扫描图像中焊道下裂纹的镜像形貌和定量(即焊道下裂纹测深定高)方法。对缺陷信号图像定量测定时,同样要注意用竖光标和横光标对该焊道下裂纹镜像的测高测深取点问题(图示裂纹自身高度测量值为8 mm,离探测面深度距离测量值为1.4 mm)。 图10表示T型接头组合焊中存在的翼板侧焊趾裂纹和翼板侧未熔合,在翼板组合焊缝侧表面用线阵斜探头横波二次波作相控阵检测时的S扫描图像和相应探测布置(包括二次波的传播声路)。 在扫描镜像中用横线光标测出的焊趾裂纹高度为6.7mm,而裂纹实际高度为6.8mm。与上述图2中的单面焊焊趾裂纹相控阵扫描图像相似,T型接头组合焊中焊趾裂纹用横波二次波扫查时,裂纹信号也会出现两个特征镜像:即端角反射信号图像和尖端衍射信号图像,准确移动光标,测取两特征信号间距,同样是对T型接头焊趾裂纹准确测高的重要细节。 |
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