摘 要:分析了襯里復合材料的檢測難點,基于相控陣 AUT(自動超聲檢測)技術,制作了一 系列焊接缺陷,并對比分析缺陷的 AUT 檢測結果與缺陷宏觀切片結果,評估 AUT 對于不同位置 缺陷的檢出率及缺陷定量精度,驗證了襯里復合材料焊縫 AUT 檢測的可靠性。 

關鍵詞:自動超聲檢測;襯里復合材料;檢測精度 

中圖分類號:TG115.28                                  文獻標志碼:B                                文章編號:1000-6656(2022)09-0063-03

隨著 AUT(自動超聲檢測)技術的發(fā)展,其在海 底管線焊縫檢測中得到了越來越廣泛的應用。不銹 鋼復合材料管線的內表面增強了一層不銹鋼材料,以 增強管線的抗腐蝕性,其管端常采用堆焊方式進行焊 接以保證檢測的可行性。焊縫填充材料與堆焊材料 一致,通常為鎳基625不銹鋼,此類焊縫材料晶粒粗 大,與碳鋼層存在清晰的界面,該界面會導致超聲發(fā) 生反射,偏轉,折射及衰減,給超聲檢測帶來極大的困 難。文章采用相控陣 AUT技術對焊縫進行檢測,獲 得了較好的檢測效果,達到了海底管線系統(tǒng)標準的要 求,為工程應用提供了可靠的技術支撐。

1 襯里復合鋼管對接焊縫 AUT檢測難點 

典 型 的 襯 里 復 合 材 料 對 接 焊 縫 如 圖 1 所 示。 AUT檢測時,聲波在復合材料與碳鋼材料的界面處 會產(chǎn)生反射、折射,由于焊縫內部晶粒粗大及存在各向異性,聲波散射嚴重,信噪比較低。另外,采用常規(guī) 橫波檢測技術進行檢測時,聲束偏轉嚴重,定位偏差 大,無法實施有效檢測。

2 相控陣 AUT檢測原理 

2.1 相控陣基本原理 

相控陣技術通過控制陣列中的每個晶片延時發(fā)射 激勵脈沖,形成所需角度的聲束及焦距,從而實現(xiàn)對結 構關鍵部位的檢測[1-2]。典型的聚焦聲場如圖2所示。

相控陣探頭相當于一個較長的常規(guī)超聲探頭, 其由許多小晶片組成,每個小晶片都可以獨立激發(fā)。 典型相控陣線性陣列探頭結構如圖3所示。

• 2.2 分區(qū)法檢測原理 
• 分區(qū)法檢測時,將焊縫聲波沿壁厚方向劃分為 若干個分區(qū),每個分區(qū)高度為1~3mm,每個分區(qū) 配置獨立的檢測波束,波束沿焊縫中心線對稱布置。 典型分區(qū)法波束配置示意如圖4所示。檢測結果以 帶狀圖方式顯示,典型帶狀圖如圖5所示[3-4]。
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• 3 相控陣 AUT檢測工藝設置 
• 檢測時應選擇合適的頻率,波束類型及探頭類 型,以獲得良好的檢測靈敏度。試驗選用64/128(總 通道數(shù)為128個,一次可激發(fā)64個)相控陣檢測系 統(tǒng),采用線性相控陣探頭,使用一次縱波檢測方式,對 焊縫進行常規(guī)的分區(qū)法檢測,檢測結果以帶狀圖顯 示。對上表面區(qū)域增加爬波檢測,將探頭沿著焊縫中 心線對稱放置,以實現(xiàn)焊縫的檢測及缺陷的準確評 定[5]。典型檢測波束路徑如圖6所示。
  
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• 4 檢測過程 
• 4.1 缺陷制作
• 使用兩種規(guī)格(外徑為273mm,壁厚為18.9mm 及外徑為219mm,壁厚為14.1mm)的管道制作缺 陷,坡口形成為 U 型,堆焊層高度約為3mm,母材材 料為 API5LX65,堆焊層及焊縫填充金屬材料為鎳 基625,缺陷分別位于焊縫外表面填充區(qū),熱焊區(qū),根 部及內部填充區(qū)域,缺陷高度為1~3mm,長度為 10~20mm,類型為側壁未熔合、層間未熔及氣孔。 缺陷高度分布如圖7所示。共制作330個焊接缺陷, 選擇130個缺陷進行切片,同時每個位置缺陷數(shù)量大 于30個,以滿足檢測能力評估的需求。
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• 4.2 數(shù)據(jù)記錄及評定 
• 記錄檢測數(shù)據(jù),包括缺陷的長度、高度、深度,選 擇不同位置的缺陷進行宏觀切片(見圖8),測定缺 陷的實際尺寸。對比檢測數(shù)據(jù)與切片尺寸的偏差, 使用統(tǒng)計學原理進行檢出率(POD)分析,檢出率分 析結果如圖9所示,AUT 檢測數(shù)據(jù)與宏觀切片數(shù)據(jù) 對比如表1所示。
  
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• 由表1可知,AUT 檢測工藝可檢測出焊縫外表 面填充區(qū),熱焊區(qū),根部及內部填充區(qū)域位置的缺陷。 計算缺陷 AUT 測量尺寸與宏觀切片尺寸的偏差可 得到,對于缺陷高度,蓋面區(qū)域的最大偏差為1mm, 熱焊區(qū)域的最大偏差為0.8mm,填充區(qū)域的最大偏 差為0.9mm,根部區(qū)域的最大偏差為0.7mm;對于缺陷深度,蓋面區(qū)域的最大偏差為2.2mm,熱焊區(qū)域 的最 大 偏 差 為 1.9mm,填 充 區(qū) 域 的 最 大 偏 差 為 2.7mm,根部區(qū)域的最大偏差為1mm。 
  
• 由圖9可知,襯里復合鋼管對接焊縫 AUT檢測工 藝在置信度為95%,檢出率為90%時,缺陷高度為 0.9mm,滿足海底管線系統(tǒng)標準的要求(-1~1mm)。
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• 5 結語 
• 對襯里復合鋼管對接焊縫進行 AUT 檢測并對比分析了其結果與宏觀切片結果,表明了 AUT 可 檢測出焊縫不同位置的焊接缺陷,缺陷高度最大偏 差為1mm,缺陷深度最大偏差為2.7mm,在置信度 為95%,檢出率為90%條件下,缺陷高度為0.9mm, 滿足標準要求。 
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• 參考文獻: 
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<文章來源 > 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 無損檢測 > 44卷 > 9期 (pp:63-65)>