摘要：相控阵超声检测已在检测工程中得到应用，检测结果良好，得到了专业人士的认可。也有许多金属部件可以使用相控阵超声波技术进行试验。相控阵超声技术成像结果直观，工艺设计灵活，检测效率高。
关键词：相控阵检测；厚壁镍基合金；异种钢焊缝；应用
前言
镍基合金是社会发展中的一种优良材料，具有耐腐蚀性、可加工性、塑性、可焊接性以及韧性等众多优点，被广泛应用在船舶、航空航天以及核电等众多领域当中。镍是重要的有色金属，不仅具有很高的强度和塑性，还有良好的耐蚀性。镍及镍合金常用于石油化工设备制造、核反应堆工程、航空工业等领域。工业纯镍及固溶强化的镍合金可焊性良好，多数耐蚀镍合金及抗氧化镍合金属于固溶强化合金，一般在固溶处理后焊接，焊后可保持耐蚀性能。
1焊接操作
（1）仰位焊接采用连续送丝外填丝。起弧时焊炬垂直于工件，引燃电弧形成熔池，当熔池被电弧加热到呈现白亮并将发生流动时，将焊丝送入，焊炬稍向后移动并倾斜10°~20°，送丝时向熔池内侧边缘约在熔池的1/3处送入焊丝末端，靠熔池的热量将焊丝融化，即每次送丝都要送在熔池内，小幅度均匀做横向摆动，保证一定的焊接速度，摆幅过大会降低焊接速度，熔化金属温度过高会造成根部内凹。
（2）焊丝应低角度送入，一般与管材夹角为10°~15°，这样有助于熔化端被保护气覆盖并避免碰撞钨极，使焊丝以滴状过渡到熔池中的距离缩短。送丝动作要轻，不要搅动气体保护层，以免空气侵入。焊丝在进入熔池时，要避免与钨极接触短路，以免钨极烧损落入熔池，引起夹钨缺陷。观察熔孔大小和熔池温度，保持较快的焊接速度，确保仰位根焊内部成形良好，无咬边、内凹、穿丝等缺陷。
（3）立焊至平焊位可采用断续外填丝方法焊接。平焊位为避免根焊过瘤，应减小焊枪后倾角度，适量加大运条摆幅宽度。焊接过程中严格控制层间温度在100℃以下。
2焊后检验
2.1相控阵检测技术简介
随着相控阵理论在超声波检测领域的应用，超声相控阵检测（PAUT）技术日趋成熟，并以检测速度快、缺陷定量准确、设备使用灵活、故障率低、可交叉作业等优点而逐渐广泛应用于海底管道的焊缝检测中。海底管道双层管为管中管的形式，两管之间采用保温材料进行填充。在施工过程中，完成内管焊接检验后需要进行外管焊口的组对焊接，而外管的周向旋转受限，同时受到管体椭圆形状的影响，就存在影响自动超声检测（AUT）精度的风险。结合海底管线项目双层管外管检测存在的风险，笔者设计了可靠的PAUT检测工艺及轨道式扫查装置，该装置完全满足海底管线铺设过程中的外管检测要求，在保证工程质量及效率的同时，有效节约了大型检测设备资源的投入，为海底管道检测提供了更加多元化的检测方案。
2.2相控阵超声检测和常规超声检测对比
①相控阵超声检测识别出的缺陷多于常规超声检测识别出的缺陷，从理论上来说相控阵斜探头的检出率高于常规超声探头的检出率，使用斜探头的相控阵超声检测工艺时，角度范围为３５°～７５°，角度设置范围较广，对不同方向缺陷的检出率也高于常规超声的检出率；②相控阵检测速度比常规超声的检测速度快，由于常规超声检测需要更换探头，发现缺陷时需从不同位置分别识别缺陷，而相控阵检测工艺在采集数据时只需匀速扫查一圈；③相控阵检测结果可储存，而常规超声没有此功能，储存数据功能对于夹渣带裂纹的缺陷尤为重要，因为这类缺陷开始时主要表现形式为夹渣，检测时可能评为不记录缺陷，但运行一段时间后夹渣中的裂纹开始扩展，最后演变成裂纹。常规超声检测没有储存功能，且对于此类缺陷前期不进行记录，等下次检测时发现裂纹再进行记录，则难以发现两者之间的联系。
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3 PAUT检测工艺和数据采集装置
3.1 PAUT检测工艺
依据被检工件的材料、尺寸、批准的焊接工艺及检测区域，选择合适的设备与探头组合，设置起始晶片和激发晶片的数量、聚焦的类型、聚焦的位置，合适的角度范围及角度步进，生成一个扇形扫描，通过选择合适的步进偏移，实现对检测区域的全覆盖。同时，该工艺设置了一组TOFD（超声波衍射时差法）探头，用以提高焊缝内部缺陷的高度定量精度，确保该工艺在焊缝各个区域具有良好的检测能力。
3.2镍基合金焊缝对超声传播有如下影响
镍基焊缝晶粒粗大，奥氏体焊缝的平均晶粒度直径通常大于0．5mm，柱状晶长度超过10mm。当焊缝晶粒的直径接近超声波波长的1/10时，就会有明显的声散射，当晶粒直径达到半个波长时，声散射剧增，杂乱的散射回波会导致信噪比低，无法进行正常超声波检测。晶粒组织不均匀，呈各向异性。声束衰减值和声速大小都受波束方向和晶轴之间夹角的影响。镍基焊缝与母材为异质界面，组织结构差异显著，超声波声速不同。因此超声波束入射到熔合面会发生反射、折射和波形转换，产生假信号，影响缺陷定位结果。大壁厚的镍基合金焊缝对于常规超声波检测的难度很大，而采用相控阵研究此项课题的目的是探究超声波相控阵检测粗晶粒材质焊缝的最大厚度及影响检测结果的因素。
3.3试验对比和分析：
1）对比在相同条件下，从焊缝不同侧扫查的数据，分析材质对检测结果的影响。
2）对比在相同条件下，对不同位置横通孔扫查的数据，分析声束通过镍基焊缝对检测结果的影响。
3）对比在相同条件下，用不同种类探头扫查的数据，分析不同类型的探头对检测结果的影响。
4）对比在相同条件下，对不同深度的横通孔扫查的数据，分析楔块聚焦深度对检测结果的影响。
4分析与讨论
1）通过对比实验数据，在碳钢侧和镍基合金侧均可以形成较为理想的扇扫图像，可以认为母材材质对相控阵检测效果影响不是决定性因素。
2）对比数据还发现声束不经过焊缝时，反射体回波信号清晰，检测效果较好，可以认为镍基合金焊缝对声波有较强的衰减和散射，对检测结果影响较大。
3）通过实验可以看出双线阵探头检测效果要好于双面阵探头。但是这种结论似乎不符合以往经验，因为从相控阵原理来讲，双面阵的聚焦性能更好，预期检测结果应优于双线阵探头。借助于A扫结果分析，我们得出以下结论：影响检测结果的因素主要为探头晶片尺寸，此次实验所用的双线阵探头晶片尺寸要远大于双面阵探头晶片尺寸，发射能量大，抵抗衰减的能力大，检测效果好。所以，探头的晶片尺寸对检测结果影响较大。双面阵受聚焦楔块影响较大，指向性比较强，由于目前只有聚焦深度65mm的楔块，所以上述图像在深度80mm以内图像清晰，尤其是在深度65mm附近位置，分辨力较好。双线阵探头晶片面积大，受聚焦楔块不明显，穿透能力强，扫查范围大，波束宽，分辨力不如面阵探头好。所以可以认为楔块对双面阵探头的影响大于双线阵探头，并对检测结果有些许影响。
参考文献：
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论文作者:马巍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/30
标签：相控阵论文; 超声论文; 熔池论文; 缺陷论文; 合金论文; 晶粒论文; 晶片论文; 《基层建设》2019年第6期论文;