金屬結(jié)構(gòu)焊縫超聲波相控陣檢測技術

金屬結(jié)構(gòu)焊縫超聲波相控陣檢測技術摘要：T型焊縫是鋼結(jié)構(gòu)中常用的一種焊接接頭形式，在實際應用中承受著剪切應力、結(jié)構(gòu)應力和焊接應力，但是因T型焊縫結(jié)構(gòu)相對來說比較復雜，而且焊接難度也比較大，在焊接過程中可能會出現(xiàn)某種缺陷，從而影響設備或鋼結(jié)構(gòu)件的使用性能，甚至還會對人們的生命財產(chǎn)以及設備運行造成非常重要的影響。為了能夠確保焊接結(jié)構(gòu)的安全性，開展金屬機構(gòu)焊縫超聲波相控無損檢測技術，使其能夠有效提升設備的使用效率。關鍵詞：金屬結(jié)構(gòu)；超聲波相控陣；檢測技術超聲相控檢測陣技術是由常規(guī)的超聲無損檢測技術發(fā)展而來，在實際應用中利用物體中由缺陷差異或組織結(jié)構(gòu)的存在讓超聲波的物理性質(zhì)物理量發(fā)生的一種變化現(xiàn)象，通過檢測方式來檢測所存在的缺陷問題。同時還會利用超聲波在物體中多種傳播的特性，如反射與折射、衍射與散射、衰減和在不同材料中聲速的不同特點，還能夠針對材料的尺寸、密度、組織變化以及內(nèi)部缺陷等進行有效的檢測。一、超聲相控陣檢測的原理是由多個材料組成的復合晶體，并按照一定的規(guī)律進行排列的晶片集成形成單一的相控陣探頭，之后按照軟件生成的聚焦法則激發(fā)相控陣探頭中的晶片，以此來控制發(fā)射聲束的方向和形狀，使其能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波的聲束移動、聚焦和偏轉(zhuǎn)［1］。二、金屬結(jié)構(gòu)T型焊接縫的特點焊縫利用焊接熱源的高溫作用，將焊條和焊縫處的金屬熔化后凝固在一起，使其能夠形成縫。融化后的金屬逐漸開始冷卻，然后將兩個焊件連接成一個整體對不同位置或形狀進行焊接，如角焊縫常用于搭接連接；接焊縫一般用于板件和型鋼中的拼接，焊接技術在實際應用中有著非常廣泛地應用。（一）氣孔缺陷在焊接工作中熔池中的氣體沒有在金屬凝固之前逸出，存在一定的存留，從而在T型焊縫之間形成一定的空穴，在某種程度上能夠有效減少焊縫的截面，降低了焊接接頭的塑性和強度，從而引起應力集中，而且氫氣孔還能夠造成冷裂紋現(xiàn)象。（二）裂紋缺陷其中的裂紋是指金屬原子的結(jié)合遭受了一定的破壞，從而形成了一個新的界面從而產(chǎn)生的縫隙。在實際應用中根據(jù)裂紋發(fā)生的條件和時機，可以將裂紋區(qū)分成冷裂紋、熱裂紋、層狀撕裂和再熱撕裂。要知道裂紋是焊接缺陷中嚴重和危害最大的一種，在某種程度上能夠有效減少承載面積，尤其是端部形成的尖銳缺口而且應力還會高度集中，從而發(fā)生嚴重的破壞［2］。（三）未焊透缺陷是指母材金屬未融化，在實際應用中焊縫技術并沒有進入接頭根部，從而降低了T型焊縫的機械結(jié)構(gòu)強度，而且未焊透的缺口位置和頭部位置都會出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象，從而導致工件承受能力比較弱，在變載荷時會裂開，存在一定的安全隱患問題，很容易發(fā)生安全事故問題。（四）未熔合缺陷是指焊縫金屬與母材金屬，在進行焊接工作中焊縫金屬之間未熔化就結(jié)合在一起的缺陷。未熔合按照所在部位可以將其分為：層間未熔合和根部未熔合、坡口未熔合。在實際應用中坡口與根部未熔合部分有效減少，而且在某種程度上還會減少T型焊縫承載面積，其應力集中也比較嚴重，所帶來的危害性僅小于裂紋。（四）夾渣缺陷焊接后熔渣殘余在T型焊縫之中，例如，未熔的焊條的藥皮。其點狀夾渣的危害與氣孔非常相似，而且?guī)в屑饨堑膴A渣會產(chǎn)生尖端應力集中，最終容易發(fā)展成為裂紋源，危害和影響相對來說比較大。三、超聲波相控陣檢測技術在金屬結(jié)構(gòu)T型焊縫檢測中的應用超聲相控陣的扇形掃查的應用非常廣泛，與傳統(tǒng)超聲波顯示信號和TOFD的側(cè)面投影顯示有所不同，相控陣做扇形掃查是聲束在設定范圍內(nèi)進行的變化，有著屬于自己的特點。在實際應用中要對其進行有效地判斷，使其能夠有效減少在檢測中對缺陷性質(zhì)的誤判，同時還能夠有效增加缺陷類型判斷的精準性。（一）氣孔氣孔是T型焊縫中最常見的缺陷，氣孔的危害相對來說比較小，氣孔所形成的波形比較清晰而且還非常的銳利，波形陡峭。若是平行于T型焊縫方向進行移動探頭時，而氣孔為針狀或單個時，那么波形消失的就會比較快，而且回波幅度相對來說也比較小，波形相對來說比較穩(wěn)定。若是氣孔出現(xiàn)連續(xù)性或出現(xiàn)不間斷的缺陷波，那么氣孔的密度就會出現(xiàn)此起彼伏的現(xiàn)象，氣孔顯示為橢圓形或圓形，臨近圖像邊緣也會更加清晰。（二）裂紋裂紋缺陷在實際應用中對T型焊縫安全性影響是非常大的，因此，在實際檢測過程中要仔細檢測，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時修復，使其能夠有效增加T型焊縫的使用壽命。在相控陣扇掃查圖譜中的回波有焊道產(chǎn)生的裂紋、回波端角處的裂紋尖角和反射波出的衍射波。裂紋的回波相對來說比較復雜，有豎直方向的一束波，在回波中會形成多個峰，在實際應用中只有聲束對T型焊縫中所有的裂紋進行全覆蓋的時候，才會在圖譜中出現(xiàn)上下尖端的回波。（三）未焊透和未熔合要知道，未焊透和未熔合在實際應用中會對焊縫的疲勞強度造成很大的影響甚至還會誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生，所以說危害和影響相對來說比較大。通常波幅比較高的時候，起波的速度也就會越來越快，可以在扇掃視圖中對其進行有效的區(qū)分，還可以將探頭設置在翼板上，以此來掃查焊縫之間存在的差異性，能夠及時發(fā)現(xiàn)未焊透和層狀撕裂的兩種缺陷［3］。（四）夾渣當夾渣屬于非金屬夾渣物時，因吸收的聲波相對來說比較多，在同種情況下會比其他缺陷的波幅要低，點狀夾渣的回波信號與點狀氣孔缺陷回波有著一定的相似性，當探頭沿著T型焊縫方向進行移動時，條狀夾渣的缺陷波將會保持著一定的連續(xù)性，若是探頭圍繞著缺陷進行移動時，那么缺陷波將會慢慢消失，能夠發(fā)現(xiàn)夾渣顯示的圖像呈現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，其邊緣也不太清晰。綜上所述：超聲相控陣技術在金屬結(jié)構(gòu)T型焊縫檢測中的應用范圍越來越廣泛，而且各項檢測精準度相對來說比較高，而且檢測速度非?？?，但是不能檢測比較復雜的工件機構(gòu)。超聲相控陣技術是一個新興的無損檢測技術，有著很好的發(fā)展前景和應用方向，在實際應用中能夠?qū)崿F(xiàn)聲束的聚焦和偏轉(zhuǎn)，同時還能夠擴大檢測范圍，進一步提升各項檢測的靈敏度，使其不僅能夠節(jié)省大量的人力資源和物力，同時還能夠提升經(jīng)濟效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。參考文獻：