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应用在焊接材料中的新型检测技术

焊缝结构的特殊性决定了焊缝无损检测方法上的局限性,迄今为止,每种无损检测方法都存在各自的不足和优点。本文对焊缝缺陷检验中的无损检测技术进行具体分析。

1 焊缝无损检测新技术 

1.1 CR 和 DR 技术

计算机辅助射线照相技术(CR)和数字射线照相技术(DR)是近年来随着计算机技术的进步而发展起来的新型焊缝无损检测技术。CR 技术是将影像板作为图像载体,再经过读片机阅读图像信息,并通过数据连接线与电脑相连,实现图像的数字化处理与存储。九十年代,柏林 BAM 公司利用图像处理和神经网络技术,实现了对焊缝底片 X 射线中的裂纹缺陷的识别。随后,日本冈山科技大学利用模糊推理的方法实现了焊缝X射线底片图像的计算机自动识别。DR 技术完全不同于 CR 技术,拍出来的图像直接在计算机上显示。国内的蔡建刚等人运用射线实时监测系统检测压力容器筒体的纵、环焊缝,并利用计算机控制筒体的位移、实现图像实时处理,大大降低了压力容器焊缝检测的检测成本。 

1.2 超声 TOFD 技术 

超声 TOFD(time of flight diffraction)技术起源于上世纪 70 年代,到上世纪 90 年代,国外工业无损检测行业得到广泛应用。欧美日均提出了各自的行业标准,主要用于不同壁厚承压特种设备焊接接头的制造和在役检测。近年来,我国无损检测行业也对此技术大力发展。超声 TOFD 的原理是超声波衍射现象,检测时使用一对或多对宽声束探头,每对探头相对焊缝对称分布,声束覆盖检测区域,遇到缺陷时产生反射波和衍射波。探头同时接收反射波和衍射波,通过测量衍射波传播时间和利用三角方程,来确定出缺陷的尺寸和位置。TOFD 检测焊缝技术的优点有:实时成像,快速分析;检测效率高,缺陷高度测量精确;安全,方便。但对横向缺陷不敏感,且信号较弱。TOFD 技术与超声反射法相比,一次检测范围大,对带有尖端的缺陷(如裂纹)定位定量很精准,但对圆形缺陷(如气孔、夹渣)就没有反射波法来的准确,缺陷性质的精确判别需要经验丰富的分析人员。天津蓝海工程检测服务有限公司的彭伟等人在 2011 年经过实验后证明,在厚板平板焊缝检测中,TOFD 技术在缺陷测长和定高精度方面对于 RT 检测有明显优势,但在表面缺陷检测有扫描盲区,可结合常规 UT 法检测。利用超声 TOFD技术和脉冲回波法结合,可以弥补超声 TOFD 法在焊缝近表面和底面的检测盲区。 

1.3 超声导波技术 

超声导波技术是近年发展的无损检测新方法,一次扫描即可测量整个范围内的内外所有缺陷,相对于超声波检测,其传播远,速度快的优势是不可比拟的。超声导波检测在管道、铁轨等一维结构中的研究相对成熟,近年来国内外学者也开始关注导波在焊缝缺陷无损检测中的研究。英国帝国理工大学、美国宾夕法尼亚大学和国内的北京工业大学、浙江大学等单位的学者对此有比较深入的研究。目前焊缝导波检测仍主要靠板波的激励接收来实现,通常有电磁声技术、激光超声技术、相控阵聚焦技术等。

1.3.1 电磁超声(EMAT)技术

导体在交变磁场和电场作用下产生涡流,如果这交变涡流又处于另一个恒定磁场中,则构成涡流回路的质点将受到安培力的作用,这个效果是可逆的,这就形成电磁超声技术的原理。选择涡流和磁场的方向就可以确定导波的波形,目前电磁超声换能器能在导体中激励和接收兆赫级的横波、纵波和兰姆波。EMAT 技术无需直接接触,不需要耦合剂,因此在高温容器检测中具有优势。但其由于非接触所造成的灵敏度对距离敏感,通常工作距离只有几毫米,又使得 EMAT 技术的应用受到限制。荷兰壳牌公司率先发明了利用 EMAT 传感器组件检查焊缝的方法,利用焊缝反射或透射的剪切波实现焊缝缺陷检查。美国 innerspec 公司的EMAT 导波检测系统可以实现环焊缝的在线检测,满足 API 检测标准。 

1.3.2 激光超声技术

利用激光器每隔一定时间向材料表面持续发射脉冲时材料受到的冲击性热激励,使材料表面产生热膨胀,表面振动即产生了声辐射。由于激光的能量集中,因而声源的直径非常小,可以近似为点状声源,在时间和空间上都有很高的分辨率。激光超声的最大的优势仍在于他的非接触性,易于在高温高压等恶劣环境下检测。激光超声接收技术主要有换能器法和光学法两种,换能器法灵敏度高,但不适合检测宽频的激光超声信号,而光学法可以很好的解决上述问题,因此光学法接收信号成为激光超声技术的一大趋势。 

1.3.3 相控阵聚焦技术

常规的超声波检测技术由一个压电晶片产生一个固定的声束,其波束的传递是预先设计选定的,且不能变更。超声相控阵换能器由多个独立的压电晶片组成阵列,按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元,来调节控制焦点的位置和聚焦的方向。相控阵技术已经发展了二十多年,最初仅用于医疗领域,随着电子技术和计算机技术的发展,已逐渐应用于工业无损检测领域,特别是核工业及航空等领域。相控阵设备主要有相控阵单元和数据获得单元两部分组成,相控阵聚焦技术特点在于:简化手工操作、检测效率高、适应性强。Hu,Dong 等人实现了利用相控阵聚焦技术检测尿素合成器的周向焊缝缺陷。宾夕法尼亚大学 Joseph L. Rose 等人利用基于相控阵聚焦技术的超声导波检测方法检测管道焊缝的缺陷,增加了管道的检测距离、并且降低了缺陷误报率。 

1.3.4 混合导波技术

由于几种导波技术都有其各自的优势和劣势,结合各种技术的优势和劣势实现优势互补,就形成了混合导波技术。M. Arone等人设计了在线检测的焊缝检测系统,由脉冲激光器和接触角压电式传感器激发导波,空气耦合 EMAT 传感器接收导波;帝国理工大学的 Zheng fan 等人利用横波直探头激励导波,激光干涉仪接收导波;GE 公司的 weldstar 环焊缝自动混合超声检测系统,利用常规超声和相控阵超声混合技术,均实现了良好的效果。 

我们用方法去解决事情,用知识说你好

以上所述并非以一概全,具体项目,有自己的项目规划,自己的检测标准,依照相关要求来好焊缝的检测,不管是方法在变还是工艺在变还是人在变,经验总是是增加的

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