摘要：Y型管节点焊缝由于特殊的焊缝结构一直是国内焊缝检测难点，该文章利用EsbeamTools仿真软件指导相控阵检测工艺，克服了超声相控阵检测参数设置的盲目性。依据该检测工艺对人工设计的 Y 形管节点焊缝试样检测，提出了两种缺陷定位方法，解决了目前此类焊缝缺陷定位难题，有助于对管节点焊缝作快速检测和评价。
关键词：Y型管节点焊缝；超声相控阵；声束覆盖；
序言
Y型管节点焊缝是空间钢网结构中最重要和最常见的结构形式。目前，对于管节点焊缝主要采用常规超声横波斜探头进行检测，由于其声束折射角度单一，一次和二次声波尚不能较好的覆盖焊接接头区域，导致产生较大的检测盲区。加之常规超声波检测存在反射波识别困难、缺陷定位方法复杂、探头折射角度选择繁琐、缺陷当量误差大等问题，其中缺陷定位的方法是管节点焊缝探伤的关键，该文章利用超声相控阵技术对此类焊缝进行检测，同时采用EsbeamTool仿真软件完成超声相控阵声束覆盖模拟，可以有效指导超声相控阵检测工艺的设计，直观显示超声波束在管接头覆盖状态，克服相控阵超声检测参数设置的盲目性。同时依据Y型管节点焊缝的结构特点提出两种缺陷定位方法，为现场检测提供了新的定位思路。
1 试验试样与检测设备
试验采用Y形管节点为实验对象，缺陷分别分布于焊缝的不同位置，用于验证本工艺的正确性，材料为20#钢管，横波声速为3240 m/s．实测主管外径为273 mm，支管外径为 158 mm，主支管交叉角度为45°，主管壁厚为20 mm，支管壁厚为 8mm．超声相控阵试验采用频率 5 MHz，16 阵元，间距为0.5mm 探头；横波楔块倾角 36°，声速为2337m/s，最大偏转范围标称值为45°～74°。
2 检测方案的制定
2.1检测方案
基于Y型管节点焊缝的结构随位置的改变而改变，因此本次检测采用分区检测的方案进行检测，分区原则采用结构相似合并原则，管节点脚尖处为区域1，脚根处为区域3，其余位置为区域2。
2.2 制定检测工艺
依据现场工具绘制各区域处焊缝截面，运用计算机辅助声束覆盖程序，模拟声束覆盖情况，并调整相控阵探头位置及声束绘制角度，使声束最佳覆盖管节点焊缝接头，指导相控阵检测分区方法及检测工艺，依据模拟软件完成扫查工艺设计见表1。
表1 扫查工艺设计
图 相控阵声速分区覆盖图
2.3 缺陷定位方法
缺陷定位方法一：
端点区域分析法：扇扫端角区域分析法是本论文为完成缺陷定位而提出的一种新的超声相控阵图谱分析方法，其原理是：“根据被检焊缝固定位置的反射波来确定声束覆盖区域，从而判定该区域是否存在缺陷。我们可以看出被检测焊缝随着位置变化，焊缝结构也随之产生变化，但是超声相控阵声波均可遇到根部尖端位置，该位置会产生反射波显示在超声相控阵的S图像上，现场检测时根据根部反射波的深度和水平来确定根部反射波，再以该位置反射波为中心点测量缺陷距离根部的距离，亦可以根据距离根波反射波的长度判断反射波是否为缺陷信号。
缺陷定位方法二：
（1）利用相控阵得到反射波的角度和声程大小。
（3）依据数学建模工具以及现场采集数据确定焊缝截面形状。
（4）采用计算机相控阵声束分析软件模拟声波的传播路线以确定反射体的位置，例如反射波角度为66°声程S，利用相控阵声束模拟软件确定该声束的检测范围，进而确定反射波的来源位置。
3 检测及缺陷分析
3.1 进行试验检测工艺的正确性
本试样的缺陷制定分别位于焊缝的不同区域，采用表1制定的检测工艺进行检测，和利用2.3中缺陷定位方法一来确定缺陷位置。
3.2 实验结果分析
（1）焊缝区域一内存在气孔缺陷，现场检测时首先根据根部缺陷的深度来确定根部反射波，即为检测基准点，同时根据扇扫图像的特点，垂直方向为深度方向，水平方向的缺陷水平位置，判断出气孔距离根部波深度相差10mm，水平相差20mm；
（2）焊缝区域二内存在根部未焊透缺陷，现场检测时首先根据根部缺陷的深度来确定根部反射波，即为检测基准点，同时根据扇扫图像的特点，垂直方向为深度方向，水平方向的缺陷水平位置，判断出气孔距离根部波深度相差0mm，水平相差5mm；
（3）焊缝区域一内存在气孔缺陷，现场检测时首先根据根部缺陷的深度来确定根部反射波，即为检测基准点，同时根据扇扫图像的特点，垂直方向为深度方向，水平方向的缺陷水平位置，判断出气孔距离根部波深度相差10mm，水平相差35mm；
4 结 论
（1）采用超声相控阵扇形扫查“Y”管节点焊缝，可以减TKY管节点焊缝的检测盲区，很大程度上降低了缺陷漏检概率。
（2）焊缝截面声束覆盖程序可以有效指导相控阵检测工艺的设计，直观显示超声波束在管接头覆盖状态，克服相控阵超声检测参数设置的盲目性。
（3）该文章提出的“端点区域分析法”和“声程测量法”可有效的解决此类焊缝缺陷定位困难的难题。
（4）本文提出的“扇扫端角区域分析法”对利用超声相控阵检测有固定端角的焊缝有很好的的指导作用，该分析方法可推广至其他类似特殊焊缝检验中去。
参考文献：
[1]柴丽文，TKY管节点焊缝相控阵检测工艺探究[J]．2018远东无损检测新技术论坛论文集，2018：154-158．
[2]电厂锅炉水冷壁爆管及弯曲变形原因分析[J].吴利娟.华北电力技术.2001（11）．
[3]爬壁机器人研究现状与技术应用分析[J].闫久江，赵西振，左干，李红军.机械研究与应用.2015（03）．
[4]循环流化床锅炉水冷壁的磨损形式和寿命评估[J].孙连启.中国特种设备安全.2014（08）．
论文作者:刘佳1,于达2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：相控阵论文; 缺陷论文; 超声论文; 节点论文; 根部论文; 反射论文; 位置论文; 《电力设备》2019年第16期论文;