工业技术论文无损检测技术对比研究

　　对常见的无损检测技术进行对比研究，优选性能更优越的无损检测方法。分别采用射线检测技术(RT)、传统超声检测技术(UT)、超声波衍射时差法(TOFD)和相控阵超声检测技术(PAUT)对同一对接焊缝进行无损检测，从定量、定位、定性等方面探讨其优劣势。TOFD检测对缺陷定位、定量的准确性和适用性具有独特优势，且具有操作方便、检测快捷、灵活性强等特点，在四种无损检测方法中性能最好。后续应继续探索提高其检测精度的途径，并加强其缺陷定性可行性的研究。

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　　引言

　　近年来，我国工业快速发展，对各类生产服务设备、设施的安全性和可靠性提出了更高要求。无损检测技术是检测以上性能的常用技术[1-7]。本文对四种常见的无损检测技术——射线检测技术(RT)、传统超声检测技术(UT)、超声波衍射时差法(TOFD)和相控阵超声检测技术(PAUT)开展对比研究，从定量、定位、定性等方面对相应技术的优劣势进行探讨。

　　1 试板与设备

　　1.1 试板

　　试板上有厚度为30 mm的20#钢对接焊缝。焊缝长度为300 mm，采用手工焊接，坡口为X型，检测面打磨合格。试板编号为HA-030-02。

　　1.2 设备

　　(1)RT检测，采用XXQ-3005型X射线机;

　　(2)UT检测，采用武汉中科HS600型超声波探伤仪;

　　(3)TOFD检测，采用以色列ISONIC 2007超声波探伤记录仪;

　　(4)PAUT检测，采用以色列ISONIC PA STAR 型超声相控阵检测系统。

　　2 方法与结果

　　2.1 RT检测

　　采用柯达胶片和前、后屏厚度均为0.1 mm铅箔

　　2.2 UT检测

　　UT检测技术等级为B级。耦合剂为机油，试块型号为CSK-IA/IIA-2，探头型号为2.5Z10×10K2。补偿为 4 dB，评定线灵敏度为φ2×40-18 dB。

　　2.3 TOFD检测

　　根据NB/T 47013.10-2015标准，选择尺寸为Ф6 mm的晶片、频率为5 MHz的探头、角度为60°的楔块。灵敏度设置是在试板母材上将直通波波幅设置为满屏的40%~80%。TOFD检测盲区覆盖图如图2所示。在对比试块上测得表面盲区为6.5 mm，计算得底面盲区高度为1.6 mm[8]。TOFD检测图谱如图3所示。

　　2.4 PAUT检测

　　检测探头所使用的晶片数为32个，每个晶片宽度为0.5 mm。晶片为一维线性阵列排序，探头频率为5 MHz。一次波和二次波通常可对检测区域进行全覆盖[9]。

　　3 讨论

　　检测数据整理如表1所示。结合检测图像和检测数据，展开如下讨论：

　　(1)RT检测由于是将缺陷投影在胶片上，故对缺陷的长度定量较为准确，但无法确定缺陷高度及其在试板厚度方向上的位置。射线检测后期成本高，检测效率低，且射线辐射对人体有伤害。

　　(2)UT检测中的超声波通常是由一个压电晶片产生的，只能产生一个固定的波束，其缺陷长度的定量准确性不如RT检测。UT检测对缺陷在试板厚度方向上的定位较为准确，偏差在5 mm内，但由于缺陷信号与表面反射信号难以区分，故对表面成型差的焊缝存在一定的盲区。由于不能得到缺陷的直观图像，使得定性困难，故必须依靠大量的实践经验，不断验证和总结，才能得出较为准确的判断。超声检测成本低，检测效率较高。

　　(3)TOFD检测由于是利用缺陷端点的超声衍射波传播时间差等信息来定量、定位评价缺陷，故具有检测效率高、灵敏度高等特点。其在缺陷的长度、深度和高度检测上具有很高的精度，偏差在2 mm内。但由于其表面盲区较大，故通常需要补充超声波或爬波检测，对于结构复杂的工件不能实现有效的定性检测。TOFD检测设备投入较大，但检测成本低，检测效率高。

　　(4)PAUT检测得到的扇形扫查和C扫描图像中，缺陷长度与实际偏差在3 mm内，对缺陷与焊缝中心线的距离定位非常准确。通过比较可见，PAUT检测具有独特的优势。由图4和图5可知，缺陷在试板厚度方向和焊缝宽度方向上的定位、定量更为直观，准确性更为可靠。PAUT检测前期设备投入较大，对操作人员检测技能要求很高，但检测成本低、操作方

　　4 结论和建议

　　PAUT检测对缺陷的长度、深度、高度均具有较高的检测精度，且能够检测缺陷距离焊缝中心线的距离，在四种无损检测方法中性能最好。后续还需在以下方面加以改进：

　　(1)PAUT检测对缺陷高度的检测准确度略逊于TOFD检测，应探寻降低检测过程中干扰因素的途径;

　　(2)PAUT检测只能大概了解缺陷的形状和走势，应加强其缺陷定性可行性的研究。

　　参考文献

　　[1] 方发胜, 李新蕾, 莫永兴, 等. 大厚度半焊满焊缝TOFD检测方法

　　[C]// 2013远东无损检测新技术论坛. 2013: 76-78.

　　[2] 谭育二. 相控阵超声波检测在机车牵引电机机座焊缝探伤中的应用[J]. 金属加工: 热加工, 2014(14): 72-74.

　　[3] 郑辉, 林树青. 超声检测: 第2版[M]. 北京: 中国劳动社会保障出版社, 2008.

　　[4] 强天鹏. 衍射时差法(TOFD)超声波检测技术[M]. 北京: 中国

　　[5] 肖武华, 孔令昌. 相控阵检测技术在缺陷定位、定性、定量准确性的探讨[J]. 河南科技, 2013(14): 32-33.

　　[6] 李奎元, 孔令昌, 肖武华. 金属材料相控阵检测缺陷定位、定性、定量准确性分析与比较[J]. 无损探伤, 2012, 36(3): 11-14.

　　[7] 薛永盛, 李玉军. TOFD检测上表面盲区的讨论[J]. 无损探伤, 2014, 38(4): 41-43.

　　[8] 白艳, 邢涛. TOFD技术检测盲区的研究[J]. 森林工程, 2010, 26(4):50-52+63.

　　[9] 肖武华, 孔令昌, 李明阳. 相控阵检测技术在缺陷定位、定性、定量中的准确性[J]. 中国特种设备安全, 2013(8): 24-26.

　　[10] 周正干, 彭地, 李洋, 等. 相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法及其校准研究[J]. 机械工程学报, 2015, 51(10): 1-7.