奧氏體不銹鋼管對接焊縫相控陣超聲檢測研究現(xiàn)狀

   相控陣超聲檢測技術(shù)是近些年來發(fā)展非常迅速的一項(xiàng)無損檢測新技術(shù)。初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，目前已經(jīng)應(yīng)用于奧氏體不銹鋼管的無損檢測。相控陣超聲檢測技術(shù)是采用多個陣元排列組合的一維、二維或環(huán)形陣列等形式換能器，依靠計算機(jī)技術(shù)控制陣列中各個陣元發(fā)射和接收超聲波延遲時間來控制聲束，實(shí)現(xiàn)多角度聲束的動態(tài)掃查等多種掃查方式、不同聚焦模式和多種視圖顯示，具有檢測效率高和可視化成像等優(yōu)點(diǎn)。相控陣超聲檢測技術(shù)在核電、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對缺陷的定量表征有著突出的優(yōu)勢。

  國外圍繞相控陣超聲檢測技術(shù)在奧氏體不銹鋼管焊縫上的檢測進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，在低頻相控陣超聲聲場建模仿真、成像和信號處理技術(shù)、儀器研制和參數(shù)優(yōu)化及工藝改進(jìn)方面做了大量工作。根據(jù)法國RCC-MR標(biāo)準(zhǔn)，需要對ITER真空容器的壓力容器所有焊縫進(jìn)行全熔透焊接和100％容積檢查設(shè)備。韓國人針對雙面形奧氏體不銹鋼管焊縫進(jìn)行相控陣超聲檢測。研究表明，對于厚壁奧氏體不銹鋼焊縫，相控陣超聲檢測技術(shù)具有優(yōu)異效果。浙江至德鋼業(yè)有限公司評估了相控陣超聲檢測技術(shù)對奧氏體不銹鋼AISI 304L焊接接頭的檢測效果，表明該方法能夠比傳統(tǒng)檢測方法更好地識別焊接缺陷。

   美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室針對輕水反應(yīng)堆（LWR）開展無損檢測研究，評估了不同檢測方法的定位、定量檢測能力，并著重關(guān)注了低頻（500 kHz）相控陣探頭對厚壁鑄造奧氏體不銹鋼管道焊縫的檢測效果。德國的人針對奧氏體不銹鋼焊縫開展相控陣超聲檢測研究，研究發(fā)現(xiàn)：由于奧氏體不銹鋼焊縫具有彈性各向異性，增加了在役檢測的困難。與之相比，相控陣超聲探頭可以通過電子聚焦和偏轉(zhuǎn)提高在役檢測效率；法國人同樣指出，相控陣超聲檢測技術(shù)能夠提高奧氏體不銹鋼焊縫缺陷的定位和定量檢測能力。浙江至德鋼業(yè)有限公司研制的采樣相控陣系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)聚焦率設(shè)置的自動調(diào)節(jié)，以解決材料非均質(zhì)性引起的相位偏差，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦。

  法國原子能委員會CEA研究了“柔性”相控陣探頭，并在復(fù)雜構(gòu)件上進(jìn)行應(yīng)用。同時，對相控陣聚焦法則設(shè)置和應(yīng)用前景的研究表明，該探頭十分適合核工程無損檢測。上個世紀(jì)90年代開發(fā)的CIVA超聲模擬軟件特別適用于幾何形狀復(fù)雜、彈性各向異性材料的檢測。英國的人利用EBSD技術(shù)對奧氏體不銹鋼焊縫的晶粒取向進(jìn)行測量，并建立了焊縫取向模型。研究發(fā)現(xiàn)，針對均質(zhì)各向同性材料的相控陣聚焦法則不能滿足彈性各向異性焊縫的檢測，需進(jìn)行優(yōu)化計算。印度人分析了焊接方式對316L奧氏體不銹鋼管焊縫中的晶粒結(jié)構(gòu)與取向的影響，并利用EBSD方法建立了幾何構(gòu)型。英國布里斯托爾大學(xué)利用全矩陣捕捉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了TFM成像，并將其應(yīng)用于奧氏體不銹鋼焊縫缺陷檢測。全矩陣捕捉是依次激發(fā)相控陣超聲探頭中的每個晶片，并采用所有晶片接收信號，存儲于一個包含所有采集信號的矩陣，其數(shù)據(jù)采集原理如圖所示。