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嘉峪檢測網(wǎng) 2017-08-04 14:29
實例一 T型接頭：電子線掃與TFM
首先列舉全聚焦法（TFM）工業(yè)應(yīng)用的第一實例：檢測T型接頭。
對T型接頭，通常最關(guān)注的重要缺陷是坡口面未熔合（腹板側(cè)和翼板側(cè)）、根部未焊透。超聲探頭置于翼板上，在組合焊縫對側(cè)進行掃查往往是第一選擇。示例突出TFM法對腹板側(cè)坡口面未熔合檢測強于一般PA-E掃的優(yōu)勢。
總長300 mm的T型接頭（24 mm×24 mm）焊接試板實物（K型坡口，內(nèi)有三個缺陷，1#、2#缺陷為翼板側(cè)未熔合，3#缺陷為腹板側(cè)坡口面未熔合）。
T型接頭（24 mm×24 mm×300 mm）焊接試板（內(nèi)植有1#、2#、3#缺陷）實物
相控陣（PA）探頭用64陣元、5 MHz、30 mm厚的延遲塊，為做對比，用兩種掃查方式：
（1）用孔徑9.6 mm（16陣元）作線掃（E掃）。
（2）用所有陣元（64 陣元）作TFM掃。
作線掃時，掃查寬度29 mm 固定；用TFM掃時，掃查寬度可變，可調(diào)至50 mm。對該T型接頭用上述兩種掃查方式所得圖像做比照。
T型接頭焊接試板的PA-E掃和TFM掃圖像
由上圖可知，TFM掃查寬度較大，因而T型接頭兩側(cè)焊縫蓋帽（余高）形狀也得以顯示（稱為幾何形狀顯示或偽顯示），這樣在掃查過程中，不妨以此作為參照圖像，對探頭位置和耦合情況也易于監(jiān)控。E掃圖中，缺陷顯示1和顯示2的橫向?qū)挾瘸叽缭龃螅怯捎诼暿鴶U散的影響；而TFM掃因聲束聚焦于反射體，故能顯示其寬度方向的準(zhǔn)確尺寸。但兩種掃查圖中，缺陷顯示3均難發(fā)現(xiàn)。原因是：此缺陷為傾斜45°的坡口面未熔合（K型坡口腹板側(cè)未熔合）。由于E掃時聲束角度為0°且固定，無法清晰顯示此缺陷（除非改變延遲楔塊，用45°再掃查）；而用TFM掃時，只要在聲束入射標(biāo)定方向（焊縫寬度方向）簡單移動探頭，以使聲束入射角度適應(yīng)缺陷走向（即達到正交），就很容易檢出傾斜45°的平面狀缺陷。
用入射位移法作TFM掃的檢測結(jié)果
探頭相對于關(guān)注區(qū)位移一定距離（這里取位移28 mm），以改變超聲波束入射角度，來自傾斜平面反射體（即坡口面未熔合）的回波幅度值就明顯提高，在TFM窗口和C掃圖中，就會有缺陷圖像清晰顯示。與此同時，對側(cè)焊縫蓋帽（余高）也會顯示出來（稱為幾何顯示）。
實例二 對接焊縫的TFM檢測
X型坡口對接焊縫中的坡口面未熔合，其超聲檢出方向性很強。用TFM法掃查，聲束適應(yīng)性頗好；對位于工件底面、沿壁厚方向伸展的底面開口性面狀缺陷，也可用TFM自串列法高效檢出。
對壁厚20 mm的X型坡口對接焊縫（內(nèi)有自然缺陷），用64陣元、36°楔塊的相控陣探頭作TFM檢測。先用TT模式，即用標(biāo)準(zhǔn)的折射橫波入射-反射橫波接收方式（一次波，即不經(jīng)底面反射的聲波）在焊縫兩側(cè)均作TFM掃，檢測坡口面未熔合；后用TTT模式（即橫波入射-反射-接收“三波自串列法”）作TFM掃，極易檢出并精確定量與板面垂直的平面狀反射體——焊縫熱影響區(qū)底面開口裂紋。
對接焊縫TT法和TTT法的TFM檢測示意
對300 mm長的對接焊縫（壁厚20 mm），在焊縫兩側(cè)作相控陣C掃，其掃描圖像顯示結(jié)果如下圖所示。缺陷信號顯示自左至右為：①?根部未焊透；②焊趾裂紋；③坡口面未熔合。鑒于缺陷位置，這里從左側(cè)掃查，缺陷檢出率最佳。
在焊縫兩側(cè)作C掃的檢測結(jié)果
為比照評定缺陷信號顯示，用三種掃查方式：TFM掃、B掃和累積B掃。TFM窗可測出缺陷深度和橫向位置；累積B掃（有時稱為D掃，即焊縫縱斷面掃）可測出反射體長度和掃查方向的位置（與C掃顯示結(jié)果相同），但也可測出缺陷深度范圍（即自身高度），特別是TTT模式可精確測量焊趾裂紋深度量值。
在C掃和B掃圖像中分別對焊縫缺陷測長、測深、測高
實例三 彎管焊縫的TFM檢測
承壓設(shè)備上的彎管焊縫，傳統(tǒng)方法是進行現(xiàn)場RT，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，射線機換位、對焦、貼片等費時、費力，還有輻射防護問題。采用PA-TFM法檢測，能靈活適應(yīng)彎頭表面幾何形狀變化的特點，快速進行波束角度和波程計算，借助于柔性探頭，有效取代RT，完成彎頭焊縫體積檢測。
仿實物碳鋼彎管焊接試樣TFM檢測布置與顯示結(jié)果如下圖所示。環(huán)焊縫中特意設(shè)置了一些人工缺陷。這里只以坡口面未熔合作為典型缺陷示例。適于彎管表面耦合的楔塊用樹脂玻璃制作。已知管徑、壁厚、波速等，用MATLAB軟件算出楔塊-管子界面聲波通過點。
仿實物碳鋼彎管焊接試樣TFM檢測布置與顯示結(jié)果
注意，仿實物試樣管直段和彎頭壁厚不一：直段壁厚11 mm，彎頭壁厚7.1 mm。陣列換能器和楔塊須置于彎頭一側(cè)。由TFM掃圖即可見缺陷峰值信號（未熔合）位于直段側(cè)焊縫坡口面上。
實例四 摩擦焊縫的TFM檢測
舉一個其他行業(yè)的應(yīng)用示例：檢測車輛牽引裝置的摩擦焊縫。帶拖球的圓棒焊到軸上，軸裝在車上。此焊縫必須確保能承載各種應(yīng)力的極高強度。
對此類焊縫，通常用RT方法，即用厚度仿形補償法或前置濾板法，至少曝光2~3次也難以全檢。這里介紹用PA探頭周向掃查，TFM成像，簡易方便。
檢測用5 MHz、32陣元PA探頭。楔塊底面與直徑40 mm的軸表面吻合。用注水的方法確保耦合良好。用TFM法，探頭可放在離焊縫很近的位置。
自行設(shè)計了裝上探頭架的機械系統(tǒng)，能使軸轉(zhuǎn)動。檢測時，以13 mm/s的速度掃查， 360°檢測僅需10 s。
車輛牽引裝置摩擦焊縫PAUT布置示意
車輛牽引裝置摩擦焊縫TFM檢測結(jié)果
實例五 厚壁焊縫的TFM檢測
對板厚100 mm以上的窄間隙焊縫，以往檢測邊緣未熔合最有效的UT方法是用雙探頭串列法。現(xiàn)可考慮用波型變換的TFM法取代傳統(tǒng)的雙探頭串列法，檢測窄間隙厚壁焊縫中鏡面狀未熔合類缺陷。
試塊側(cè)面有一橫向平底孔，以往以此作為校驗反射體，用于兩斜探頭一前一后串列法校驗靈敏度。此時要檢測深度位置不同的橫向平底孔，就要改變兩串列探頭間距或使用多種探頭對。而用LLT波型變換法取代雙探頭串列法，以橫向平底孔校驗靈敏度方法檢測示意如下圖所示。
LLT波型變換法、橫向平底孔校驗靈敏度方法示意
在厚焊縫一側(cè)，用PA線陣探頭和LLT法（即縱波-縱波-變型橫波法）檢測，就只需一個探頭，操作大大簡化。
試塊橫向平底孔LLT波型變換TFM法圖像顯示（離試塊側(cè)面距離10 mm）
其他應(yīng)用示例
檢測形狀復(fù)雜的工件時，普通單晶探頭不適用，因超聲波束會被復(fù)雜表面反射或扭曲；PA技術(shù)能按探頭下的幾何形狀調(diào)整延時法則，能在復(fù)雜表面下產(chǎn)生圖像。但工件幾何形狀及換能器位置須完全已知。這里介紹的技術(shù)是基于TFM成像的自適應(yīng)法，其關(guān)鍵步驟為：
① ?用優(yōu)化TFM作表面測量，可減少計算時間和噪聲；
② 確定超聲聲程。
對表面形狀不規(guī)則的試件，可使用水楔柔性PA探頭、通過兩步法TFM實時自適應(yīng)成像，完成檢測。
第一步，在半無限水介質(zhì)中作TFM成像。
對表面形狀不規(guī)則試件作TFM成像提取形狀數(shù)據(jù)
第二步，在材料中作動態(tài)飛時計算和TFM成像。
對表面形狀不規(guī)則的試件作材料動態(tài)飛時TFM成像示意
從陣元E至聚焦點P的飛行時間為：
用費爾馬原理確定工件表面入射點M（x0, z0）：
內(nèi)外壁形狀不規(guī)則的單面V型坡口焊縫的TFM自適應(yīng)成像檢測結(jié)果
在役設(shè)備焊縫內(nèi)壁腐蝕狀態(tài)TFM成像檢測結(jié)果
來源：AnyTesting
