张 华

（山西钢铁建设（集团） 有限公司， 山西 太原 030003）

超声相控阵作为无损检测方法当中的一类，其能够通过超声波束旋转，偏转以及动态聚焦，在不破坏材料的前提下可以很好地检测到缺陷。但是，检测缺陷的分类依然取决于操作人员，工程检测操作要求操作人员具有一定图谱分析能力及检测经验。因此，在超声检测中，缺陷类型的准确分析至今还没有完全解决。

1 超声相控阵相关概述

此工艺发源于20 世纪60 年代，并被普遍的应用到医学超声成像等行业当中。由于此技术操作繁琐同时生成成本较高，所以在工业检测当中应用并未普及。领域。该系统复杂且生产成本高昂，因此对工业无损检测有限。当前，超声波相控阵技术当中灵活声波束偏转和聚焦性能的关注。超声波相控阵成像领域中压电复合材料、纳秒脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术以及计算机模拟等诸多先进技术综合运用，促进其快速发展，并被广泛的应用在工业行业检测当中。如燃气轮机叶片（根） 和涡轮盘检测、石油和天然气管道焊接检查、列车轴检查、核电站检查以及航空材料超声波无损检测。超声波是指通过特定方式能够提升检测精准度。

2 镍基焊缝组织结构对超声检测的影响

镍基焊缝晶粒组织较为粗大，包含显著的柱状晶，声速和普通合金钢的差异大，对其超声检测时存在缺陷信号识别困难和信噪比低的问题。镍基焊材处于高温熔化疑惑低温固态等形态时均为单一奥氏体相，所以其形核形式具体为外延结晶，其凝固过程中易形成较大过冷度，受到温度梯度等热力学条件的影响，晶粒沿着梯度方向不断生长，从而构成了粗大、并具有一定取向的柱状晶组织，同时伴随过冷度方向持续凝固长大进而构成多晶结构，但其相互接触的前期，并未沿着同一过冷度方向给予生长，相邻的晶粒取向已存在差异，进而造成晶界的不连续性。

3 镍基焊缝的相控阵超声检测及定位偏差修正技术

3.1 定位偏差分析及修正

1） 定位偏差分析。检测镍基焊缝时，由于焊缝与母材的声速差异，声束在界面处产生较大的偏折，在镍基焊缝内传播时，局部声速的差异也会导致声束继续偏折。使用CIVA 软件模拟了奥氏体不锈钢焊缝当中超声波检测试验，使用CIVA 软件对汽轮机叶根相控阵超声检测给予有效的模拟。使用CIVA 软件研究了对接焊缝相控阵超声检测的可靠性。CIVA 仿真结果显示：焊缝内部局部不均匀产生的声束偏折的影响小于声束在焊缝坡口界面产生折射的影响；2）检测中的定位偏差。横孔影像偏向对侧，这是由声束在坡口界面处发生折射所造成的；3） 定位修正计算。镍基焊缝相控阵超声检测的反射体位置与真实位置有差异，可进行相应的修正，主要对声束在坡口界面折射产生的偏差进行修正。

3.2 实验案例分析

1） 校准试块设计及加工。对于钢焊缝，母材和焊缝的衰减系数差别较大，为准确模拟声波的衰减情况，使用与待检管线一致的材料进行试块加工。该试块上具备2 个分别为：R25、R50 的半圆弧用于校准声速及楔块延迟，并通过一个距试块底面20mm 的1.5 的横通孔校准灵敏度。对于TCG 试块，则是取一段现场待检的钢焊缝作为TCG 试块，在试块焊缝部分分别制作3 个直径为3mm，深度分别为T/4、T/2、3T/4 的横通孔，通过该孔进行TCG 曲线的制作；2） 人工缺陷对比试块设计及加工。根据某项目中涉及的工艺管线规格，完成一系列规格的人工缺陷对比试块，以该项目中最常见的8″X30.4mm 的钢管线焊缝为例，进行人工缺陷对比试块相关说明，人工缺陷对比试块。人工缺陷对比试块是按照ASME 标准进行设计加工和制作的，符合ASME 规范当中的第V 卷和B31.3 标准规定。继而保证试块声透性能以及被检工件处于相同亦或，这些试块全部取材于被检材料相同型号规格的余料，当RT 以及UT 进行检验后，需保证并未干扰到焊接缺陷使用，进行所需人工缺陷加工，确保试块的精准度；3） 工艺开发过程。将焊缝划分为以下几个区域：坡口及热影响区、根部区域、焊缝内部及焊缝表面。在工艺开发的过程中，需要考虑到焊缝所有区域及其热影响区都应该被探头发出的声束所覆盖。同时，为了减轻钢材料对检验结果的影响，本工艺通过设置两组聚焦法则，利用纵波一次法覆盖检测区域。通过调整晶片数量、角度范围以及扫查偏移等参数，形成一套能有效覆盖以上各区域的检测工艺；4） 检验结果。通过所开发工艺，对人工缺陷对比试块进行扫查，从上述结果看出，相控阵检测结果与加工尺寸相比，无漏检情况发生，所开发的相控阵工艺技术能很好地应用于钢工艺管线焊缝检测中。

4 结语

综上所述，为了能在无损伤的情况下快速解决以上检测难点，对镍基焊缝进行了超声相控阵检测研究，根据采用设计制作的相关试块及检验工艺，使用相近阵超声检测及定位偏差修正技术对于镍基焊缝使用传统射线检测的不足之处，实现了缺陷精确的定位、定量和定性。