奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测.pdf

NO，l 第34卷第1期 河南科技大学学报：自然科学版 V01．34 Feb． 2013 2013年2月 ofHenan ofScienceand Science Journal University Technology：Natural 奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测 胡 栋1，王 强1，肖 琨1，刘富君2 (1．中国计量学院质量与安全工程学院，浙江杭州310018；2．浙江省特种设备检验研究院，浙江杭州310020) 摘要：由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变，其超声检测比 较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性，在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵 超声检测试验。研究结果表明：对于10mm深焊缝缺陷，相控阵超声检测信噪比可达14dB，而常规超声技术 仅获得6dB的信噪比，对于30mm深内部缺陷，均未取得较好的效果。 关键词：超声波相控阵；超声检测；奥氏体不锈钢焊缝；信噪比 中图分类号：TGll5．285 文献标志码：A O 引言 奥氏体不锈钢具有稳定的奥氏体组织，被广泛应用于石油化工、机械制造和核电等行业的重要部 位¨j。但由于焊接技术的不完善，在奥氏体不锈钢焊缝中容易产生缺陷，引发设备的安全问题，因此， 需要加强对奥氏体不锈钢焊缝的定期检测。 超声检测是用于奥氏体不锈钢无损检测的常用方法，但奥氏体焊缝粗大的柱状晶粒组织和焊缝结 构的各向异性，对超声波有强烈的散射衰减和扭曲作用，常规的超声探头穿透力不足，检测困难卫～。。 相控阵超声检测技术具有高强度的多声束聚焦性能和多角度可控的扫描方式，大大提高了灵敏度和穿 透力，有效地减小了盲区Ho，提高了检测效率。为奥氏体不锈钢焊缝的检测提供了新的思路。 目前，国内外从超声建模、参数优化和信号处理等方面对奥氏体不锈钢焊缝超声检测展开研究并取 得了一些成果。文献[5]采用电子背散射衍射技术对奥氏体不锈钢焊缝的微观组织进行了分析；文献 [6]把各向异性焊缝分成了不同的区域，并对其内部的超声波传播路径进行了仿真；文献[7]将声线跟 踪法和弹性动力学有限积分技术相结合，解决厚壁奥氏体不锈钢焊缝超声检测的参数优化问题；文献 [8—9]采用声线示踪法计算了相控阵超声不同阵元在非均匀各向异性介质中的延迟时间和入射角； 文献[10]致力于提高相控阵列系统的二维、三维成像分辨力，提出了奥氏体不锈钢焊缝中相位畸变 的修正方法。这些成果为奥氏体不锈钢焊缝相控阵超声检测提供了依据，但未采用试验的方法加以 证明。 本文对波束形成器性能参数选择进行了分析，利用相控阵超声检测技术相控聚焦的特性，针对奥氏 体不锈钢焊缝试块进行了普通超声和相控阵超声检测对比试验。 1 相控阵超声技术 1．1 聚焦原理 图1为相控阵聚焦原理图，如图1所示，超声波相控阵技术是由多个压电晶片按一定规律分布排 列，然后逐次按预先规定的延时时间激发各个晶片，通过计算各阵元发射信号的时间延时，使超声波在 某一点同向，这一点就是相控聚焦的焦点，根据同向波叠加定理和能量守恒定律，超声场在焦点处的声 能大大提高。延时时间由以下公式计算得出01。 r=(ad—nA)／c， (1) 基金项目：浙江省重大科技专项计划基金项目(2011c11079) 作者简介：胡 栋(1988一)，男，山东』临朐人，硕士生；王强(1976一)，男，湖北应城人，教授，博士，硕士生导师，研究方向为特种设 备无损检测技术． 收稿日期：2012—04—06 万方数据 第1期 胡 栋等：奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检