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日祥检测分享 EVIDENT OmniScan X3相控阵焊缝探伤仪技术

发布时间:2023-11-28      发布人:新兴日祥


X3 飞机应用.jpg


一、 相控阵焊缝探伤仪基本原理

1.区域划分法 采用全自动超声检测的关键是"区域划分法"。根据壁厚、坡口形式、填充次数将焊缝分成几个垂直的区。每个分区的高度一般为1-3mm,每个区都由一组独立的晶片进行扫查(这种分区的扫查被称为A扫)。检测主声束的角度按照主要缺陷的方向来设定(在自动焊中主要是未熔合,即将波束尽量垂直于熔合线)。A扫采用聚焦声束进行扫查,焦点尺寸一般为2mm或更小。它们可以有效的检测各自的区域,而且临近区域反射体上的重叠最小。每个分区以焊缝中心线为界,分为上游、下游两个通道,其检测结果在带状图上以相对应的通道显示出。

2.相控阵探头 相控阵列是换能器晶片的组合,为确定不连续性的形状。其大小和方向提供出比单个或多个换能器系统更大的能力。有三种主要阵列类型:线性、面状和环行。在一个相控阵列中相位转换是用电子系统控制,通过超声发射器通向每个换能器。相控阵列除有效地控制超声形状和方向外,还实现和完善了复杂的动态聚焦和实时扫描。(参见《美国无损检测手册》超声卷"相控阵" ) Pipe WIZARD相控阵探头采用线形阵列,容纳晶片60个。晶片成间隔状直线性分布在探头中。通常使用两个阵列探头分布于焊缝两侧。它能产生上千种不同的超声束,可配置40到70范围的扫查角度(β角),以满足分区扫查所需要的各种角度。

3. 标准试块 校准试块用于调整扫查灵敏度,确定缺陷位置,校验仪器校准准确性。试块根据分区扫查原理,针对自动焊易出现的主要缺陷(主要指侧壁未熔合),用标准孔或槽来代表。一般用垂直于融合线的φ2平底孔。根部可用方槽或与根部融合线吻合的三角槽来调节。

4.门的设置 带状图中的门包括时间和波幅门。时间门用来设定扫查范围,滤掉指定区域以外的反射信号。通常由焊缝宽度和检测缺陷的需要来设置。以坡口熔合线为中心,起点在熔合线外3mm左右(检查热影响区缺陷),终点至少过焊缝中心线1mm,保证覆盖焊缝中心。

5、双门带状图 完整的带状图可以同时显示整条焊缝的检测结果。总体上看起来象把焊缝从中心线处切开。TOFD通道位于屏幕中央(如图4.1),整条焊缝被分为上游、下游,按照根焊、钝边、热焊、填充层的顺序依次排列在TOFD通道两侧。系统还可以按照需要很方便的添加其它通道,如盖面B扫、根部B扫等。焊缝圆周尺寸显示在左侧,耦合监测通道在右侧。双门带状图并非传统的A型显示,其纵坐标显示时间门幅度(缺陷在焊缝中的横向位置)和反射波包络线幅度。横坐标表示探头的扫查轨迹。从双门带状图上可以迅速读出缺陷所处深度、横向位置,反射波幅度,并对缺陷进行测长、评判。

6.TOFD原理 超声波入射到线形缺陷时,在缺陷的两端除普通的反射波外还会产生衍射波。衍射能量在很大角度范围内传播并且假定它们都源于缺陷的端部。这与传统的超声波完全不同。传统超声波主要依靠从缺陷上反射的能量的大小来判断缺陷。


TOFD技术采用一发一收的方式。通常使用压力探头,主压力波的反射角范围是45o至70o。


1、入射表面附近存在盲区(在2mm左右)。

2、需要另外一个轴向运动来判定缺陷位于焊缝的哪一边。

3、根部的缺陷易被内壁信号所掩盖。 全自动相控阵超声波系统是在断裂力学的基础上,对缺陷进行定性、判定,由于采用了相控陈列、双门带状图、TOFD及大容量的数据采集、计算和分析系统,在检测速度、检测精度比传统超声波有着革命性的提高。现场检测时只需对环焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成焊缝的检测,整个扫查过程约需2分钟(管径φ1016mm)。


二、相控阵焊缝探伤仪现场应用 

目前,西气东输管道工程已经启动,该项工程计划采用100%全自动相控阵超声检测和100%X射线检测。这对于检验全自动相控阵超声仪在环焊缝检测中的可靠性、实用性,以及对提高国内全自动超声波应用水平和开展技术研究是一项绝好的机会。

1、检测速度快,现场检测时只需对环焊缝进行一次简单的线性扫查而无需来回移动即可完成全焊缝的检测,从准备到焊缝评定完毕,整个过程约需6分钟。

2、缺陷定位准确,检测灵敏度高。 3、完全车载,作业强度小,无辐射无污物。

4、检测结果直观,可实现实时显示。在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判。也可打印、存盘,实现检测结果的永久性保存。避免X射线底片不易携带、不易保存的缺点。

5、可检测射线无法穿透的壁厚。对管道环焊缝、球罐、储罐等对接焊缝的检测,效率高、效果好。

相控阵的局限性:

1、受客观影响大,工件表面光滑度,焊缝工艺完整性,轨道安装精度都会对检测结果产生影响。

2、检测不同壁厚,不同规格和材料的焊缝,需要不同的试块来做校准。

3、仪器调节过程复杂,调节准确性对检测结果影响大。

4、每个作业组至少需要4人。

5、对手工电弧焊的检测效果低于自动焊。

6、检测对象有局限性。