基于超声相控阵技术的铝合金锻件无损检测研究

针对航空航天关键件所使用的2A14-T6铝合金锻件内部可能存在的不可预知的缺陷,开展基于超声相控阵技术的检测工艺及方法研究。通过合理布置相控阵探头的位置,选用合适的相控阵探头和扫查方式,试验发现超声相控阵检测技术可以对满足Φ2 mm当量的不同类型缺陷的检出。与常规超声检测方法相比,超声相控阵技术检测铝合金锻件有着更大的技术优势和应用前景。     

基于曲晶片相控阵超声的细长轴类锻件检测仿真与试验

细长轴类锻件的缺陷方向通常与轴线平行,因此一般超声检测采用纵波直探头在锻件圆周面上进行扫查。由于细长轴类锻件的直径较小,其圆柱曲界面与探头很难实现完全接触而使得耦合层厚度不均,进而导致超声波透射系数减小以及检测灵敏度下降。为实现对细长轴类锻件缺陷的有效检测,从理论上分析了圆柱曲晶片及曲晶片相控阵的检测原理,提出了曲晶片超声相控阵聚焦技术。通过仿真软件CIVA对常规探头、曲晶片探头以及曲晶片相控阵探头形成的声场聚焦分布规律进行研究,设计加工了曲面对比试块和带人工缺陷的细长轴类小型锻件,开展了平面晶片和曲面晶片的相控阵探头超声检测试验,验证了提出的曲晶片超声相控阵聚焦方法的可行性与合理性,结果表明该方法的检测灵敏度和定位定量精度均优于常规直探头和平晶片相控阵探头的。     

316L对接焊缝相控阵超声检测工艺模拟与试验验证

为解决中国聚变工程实验堆316L不锈钢焊缝超声波检测时,探头扫查空间受限、检测信噪比低的难题,提出了基于双晶面阵探头的相控阵超声检测方案.通过CIVA仿真,分析了不同聚焦参数下DMA探头的声场特征,确定对接接头的检测工艺.参考NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分:超声检测》附录I,设计并制作了对比试块,验证了检测工艺下的声束覆盖和φ2 mm侧横孔信噪比.结果表明,DMA探头可以在有限的扫查空间内实现焊缝声束全覆盖,对比试块中不同位置的φ2 mm侧横孔信噪比大于15 dB.试验结果可为316L类不锈钢对接焊缝相控阵超声检测工艺制定提供参考.     

基于CIVA软件的全聚焦相控阵声场特性仿真

全聚焦相控阵是当前超声无损检测领域的研究热点,但其声场特性和检测工艺方面的研究较少。在CIVA仿真软件平台的基础上,开展了全聚焦相控阵的声场仿真计算与缺陷响应研究。采用相同激发参数和孔径的超声探头仿真常规超声声场和全聚焦相控阵声场,分析比对各自的声场特性。通过缺陷响应研究模拟全聚焦相控阵声场与横通孔之间的作用,并分析了全聚焦相控阵技术的检测能力。该研究工作有望为全聚焦相控阵探头的研发设计以及检测工艺的制定提供参考。     

奥氏体焊缝的两种超声检测方法对比

结合工程应用数据,对全聚焦相控阵超声和双晶聚焦纵波斜探头超声两种技术的粗晶焊缝质量检测结果进行了对比分析,得到两种技术的信噪比数据、缺陷检出能力数据以及扫查覆盖能力的评价结果,指出了全聚焦相控阵检测技术具有覆盖范围大的特性,可减少扫查次数,提高检测速度,降低缺陷漏检的概率。     

管道环缝相控阵超声探伤技术的应用——国外超声检测动态

介绍20世纪末国外相控阵超声探伤瓣技术在管道环焊缝检测上的成功应用。通过多压电元件相控阵探头纵向电子扫描和对管子的周向机械扫查，可对管道环焊缝作快速检验，为保证相控阵探头在主要性上等效于普通斜探头，用聚苯乙烯作楔块材料，用高分子聚合物作换能器材料，并用曲面声透镜改善探头在管子轴向和周向的声束特性。     

焊接接头中偏心缺陷的TOFD检测

针对采用TOFD技术检测焊缝缺陷时,缺陷偏离焊缝中心的技术难点,先从理论上研究了TOFD检测声场的覆盖特点,归纳了偏心缺陷对TOFD检测的影响。通过相关试验,对比了非平行扫查以及平行扫查的TOFD检测结果,得出可通过结合非平行扫查、平行扫查以及偏心非平行扫查的方法来确定偏心缺陷的结论。     

核电站压力容器接管安全端同种钢焊缝的相控阵超声检测

反应堆压力容器接管安全端与主管道对接接头属奥氏体不锈钢同种钢焊缝,受晶粒粗大等因素的影响,其常规超声检测的难度较大。结合焊接结构特点以及相控阵超声检测技术的优势,提出了一种接管安全端同种钢焊缝相控阵超声检测技术方案,阐述了相控阵探头参数设计方法,并根据确定的参数进行声场模拟和实测验证;使用参考试块、相控阵探头与常规探头进行了对比试验。试验结果表明,设计的相控阵检测技术方案可以有效地对接管安全端同种焊缝进行检测,定量能力高于常规超声检测技术的定量能力,并能有效减少探头数量和检测时间。     

焊接接头的相控阵超声检测

相控阵超声检测技术通过控制探头中各芯片的激励和调节声束参数来进行检测,具有无需锯齿扫查,声束角度广,缺陷显示直观等特点。通过对含焊接缺陷试板的焊接接头进行相控阵超声检测,并与其他检测方法进行对比,综合分析了典型缺陷信号特性,为相控阵超声检测技术在焊接接头缺陷实际检测中的应用提供借鉴。     

管座焊缝内探法相控阵超声自动检测

介绍应用相控阵技术结合配有编码动作的机械装置,对插入式管座焊缝从接管内侧用线阵探头进行超声检测的方法。建立实验模型,可为声束全覆盖所必须考虑的物理参数,提供验证数据。建模和实测结果表明:利用声线跟踪法,扫查布置图(Scan plan)能提供所需覆盖范围的适当显示。当从接管内表面进行扫查时,用于引导探头扫查动作的机械装置往往可设计得减少复杂性。本文所述方法可望为承压设备结构较复杂的管座焊缝,实施超声相控阵检测(PAUT)符合ASME最新版要求提供有用借鉴。     

航空发动机涡轮叶片涡流自动化检测试验研究

涡流检测技术对工件表面或近表面的缺陷有很高的检出灵敏度,且检测线圈不需与被测物直接接触,可进行高速检测,易于实现自动化。针对航空发动机涡轮叶片的复杂曲面人工检测难度大、效率低等问题,研制了一套六自由度机器人涡流自动化检测系统,该系统可自行对其工作空间、工作表面和运动学的工作特性进行分析研究;设计了多种典型涡轮叶片专用弹压式涡流检测探头,可自适应叶片形貌及叶片安装误差;开展了涡轮叶片检测自动扫查检测试验,优化了涡流检测的激励频率和自动扫查速度。结果表明:可弹压式涡流探头对叶片表面缺陷可自适应涡轮叶片的复杂表面,提高了自动化检测的精度,同时弥补提离变化和安装误差。当激励频率为1.25~1.75 MHz、扫查速度为30 mm/s时,检测灵敏度较高,能有效检出缺陷。相比于人工涡流检测方法,该自动化检测系统提高了叶片的检测效率。     

玻璃纤维结构风电叶片的超声相控阵检测方法研究

随着中国风电行业的兴起和逐渐成熟,对风电系统本身的质量要求也越来越高,尤其是叶片检测越来越受到各个叶片制造企业的关注。但常用的敲击手段、光照手段等已经无法满足更高的质量要求,即使是使用常规超声技术,由于探头尺寸的限制,无法实现大面积的快速扫查,且数据判读和缺陷检出率受人为因素影响较大。基于上述原因,介绍了一种利用超声相控阵技术,并结合专用的风电叶片检测探头对风电叶片进行检测的方法。通过近3年的实验,证明了使用超声相控阵技术可以快速准确地检测风电叶片内部缺陷,包括玻璃纤维外壳内部的分层和干丝缺陷,以及玻璃纤维外壳和内部支撑结构之间的脱粘缺陷,并基本掌握了风电叶片的检测方法和要点。其优势包括直观C扫描成像、检测效率高、易于存储记录等诸多优点,因而在风电制造行业有着广泛地应用前景。     

球墨铸铁件的超声相控阵技术检测

介绍了超声相控阵检测技术的原理及特点,对比了超声相控阵技术检测与传统超声波检测的区别,详细叙述了超声相控阵技术检测在叶片、轮毂球铁件中的应用,并叙述了在检测过程中的注意事项。最后指出:(1)检测外形复杂、壁厚较大的大型铸件时,需要将低频与高频探头、标准楔块与特制楔块、扇扫探头与线扫探头结合使用。(2)与传统超声探伤方法相比,相控阵方法可以清晰地分辨出相邻较近的小缺陷,能更准确地测量密集缺陷区的厚度方向尺寸,有利于缺陷级别的准确评定。     

反应堆压力容器超声自动标定扫查装置的设计

针对反应堆压力容器在超声检测时超声探头的标定,设计了一种新型扫查装置。该扫查装置主要实现对超声探头的稳定夹持以及平稳带动,同时可以精确地确定探头在标定试块上的移动位置,调节并测出探头对试块表面的压力。着重分析了扫查装置的结构、工作原理和设计要点,最后采用设计的扫查装置对压力容器进行了试验,取得了良好的检测效果。     

水-钢界面凸面相控阵声场仿真

采用凸面超声相控阵探头对管状设备进行内检测,针对水-钢二层介质的结构特征,理论分析了相控阵声场的聚焦性能。根据近场球面波束形成模型,按声束路径求得的延时时间作为各阵元的提前激发时间,设计了水-钢二层介质相控阵聚焦法则。利用CIVA软件对相控阵声场进行建模仿真研究,确定了阵元数目、阵元尺寸、超声波频率等相控阵探头参数。最后,根据优化后的相控阵参数研制了512大阵元数双层结构的圆环形探头,再通过带有人工缺陷的管状模拟试样进行检测试验。结果表明:提出的方法对腐蚀、气孔缺陷具有更好的检测灵敏度和效率,能够实现管状设备的腐蚀和埋藏缺陷的内检测。     

快速线性阵列超声波相控阵自动检测

基于超声波聚焦原理,提出借助声透镜实现线阵相控阵探头的二维聚焦的方法。通过声场模拟对比了普通线阵相控阵和改进型相控阵的声场分布;通过试验得到了上述两种手段对同一铜钢堆焊结构的C扫描检测图像,并将检测结果与常规单晶片点聚焦探头的检测结果进行了对比。理论分析和试验结果均显示,改进后的相控阵系统能够有效地使线性阵相控阵探头实现二维聚焦,其C扫描结果与常规单晶片探头的检测结果吻合良好;在保证检测准确性和可靠性的前提下,扫描效率也得到了显著的提升。     

铆钉超声相控阵检测及应用

飞机铆钉脱落,将给飞行安全造成重大隐患.为保障安全,本文提出采用超声波检测方法对铆钉实施在役监测.利用线切割方法加工不同深度及位置人工缺陷的铆钉,并制作专用铆钉对比试块.分别使用常规超声波探头和相控阵超声波探头对试块中铆钉进行检测,比较超声检测A扫查结果与相控阵超声检测扇形扫查结果,表明采用20MHz常规延迟块探头能够...     

水电站蜗壳舌板对接焊缝的超声波相控阵检测

介绍了采用超声波相控阵技术检测水电站蜗壳舌板对接焊缝的工艺方法及应用实例。针对该类工件的结构特点,采用区域划分法,将焊缝分成垂直方向上的若干个区,再由电子系统控制相控阵探头对其进行分区扫查。此法速度快、灵活性好、准确性高,检测结果自动记录,缺陷的三向视图,使得检测结果更直观。     

基于柔性相控阵的插入式管座角焊缝CIVA仿真

针对插入式管座角焊缝特殊的结构特征,提出了柔性相控阵置于管子内壁进行检测的新方法,建立了柔性相控阵水钢界面波束聚焦模型。利用CIVA软件仿真设计了插入式管座角焊缝专用柔性相控阵探头参数,包括声场仿真和缺陷响应。最后,根据设计的相控阵参数研制了探头,对自行开发的插入式管座角焊缝试样进行了检测试验。结果表明,该技术可以有效地检测出插入式管座角焊缝中的裂纹、夹渣、气孔等常见缺陷,大大提高了检测效率,有望实现工程应用。     

有限元模拟仿真在压力容器对接接管焊缝相控阵超声检测工艺设计中的研究与验证

针对大壁厚压力容器接管焊缝多为窄间隙对接焊接头,超声检测中存在扫查路径复杂、定量定性精度差和检出率相对较低等难点,引入有限元模拟仿真技术。通过建立工件3D模型和不同类型的缺陷,模拟各缺陷在压力容器筒体外壁和接管内壁相控阵超声检测时的响应情况,优化相控阵超声探头、楔块设计和探头运动轨迹,最终实现检测工艺的理论设计。在带有自然缺陷的模拟试块上,验证检测工艺的准确性和可靠性。对比有限元模拟仿真和在模拟试块上的实际检测情况表明,经过仿真设计过的相控阵超声检测工艺可有效提高接管窄间隙焊缝中缺陷的检出率和检测精度。