本發(fā)明涉及一種帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫相控陣超聲成像檢測方法，屬于超聲無損檢測與評價技術領域。

背景技術：

核電站中許多關鍵構件采用合金鋼制造，并考慮到耐腐蝕等特殊要求，內襯奧氏體不銹鋼堆焊層。如反應堆壓力容器、主泵和蒸汽發(fā)生器兩兩之間的主管道與主管道對接焊縫，其中合金鋼基體及合金鋼焊縫部分厚度約為60-66 mm，堆焊層厚度約為5-15 mm。此類焊縫制造工藝復雜，在焊接過程中易產(chǎn)生裂紋、未熔合等危害性極大的面積型缺陷，直接影響核電站的安全運行。研究開發(fā)準確、可靠的帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫無損檢測方法是極具工程價值和現(xiàn)實意義的。

目前，ASME第Ⅲ卷NE分冊要求對所有對接焊縫進行100%射線檢測。然而，射線檢測存在面積型缺陷易漏檢、缺陷深度無法確定等問題，且對于此類厚壁合金鋼焊縫，檢測時必須使用較高的能量和較長的曝光時間，導致輻射防護非常困難，且檢測效率低。法國RSEM規(guī)范中提出需要對堆焊層下附近區(qū)域實施超聲檢測，但不銹鋼堆焊層包含粗大晶粒，導致超聲波衰減增大，常規(guī)超聲檢測靈敏度下降；同時，常規(guī)超聲檢測時需不斷移動探頭位置進行掃查，檢測效率低。

與上述檢測方法相比，相控陣超聲檢測技術（Phased Array Ultrasonic Testing，PAUT）能夠通過電子方式控制多晶片激勵延時，靈活實現(xiàn)聲束的偏轉聚焦及多角度電子掃查，提高檢測靈敏度；檢測過程中無需反復移動相控陣超聲探頭，且缺陷可以通過多視圖成像顯示，檢測效率高。這為帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫檢測提供了新的思路。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫相控陣超聲成像檢測方法。該方法通過調整相控陣超聲探頭中各陣元激勵（或接收）脈沖的時間延遲，優(yōu)化控制焦點位置、焦區(qū)尺寸和聲束方向，改善聲束可達性，并提高檢測分辨力、信噪比和靈敏度，通過三次掃查實現(xiàn)合金鋼焊縫與堆焊區(qū)域的全覆蓋和缺陷的精確定量、定位檢測。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫相控陣超聲成像檢測方法，采用包括Omiscan MX2相控陣超聲檢測儀、Tomoview操作系統(tǒng)、相控陣超聲探頭及配套楔塊、掃查器和校準試塊構成的檢測帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫的檢測系統(tǒng)，其采用的測量步驟如下：

（1）對合金鋼基體表面進行處理，保證無油漆、無疏松氧化皮、無干耦合劑及其它影響超聲波傳播或妨礙探頭自由移動的雜物及表面不平整，確保表面粗糙度Ra不超過6.3；合金鋼焊縫必須具有清晰標識，包括焊縫位置標識線和焊縫位置參考點；在合金鋼焊縫軸向兩側至少各300 mm范圍內，周向整圈至少300 mm內的空間范圍，應無任何影響相控陣超聲探頭掃查的障礙；

（2）在Tomoview操作系統(tǒng)內建立模型，從合金鋼基體側進行掃查，采集不同位置點的底面反射回波，計算材料聲速；

（3）根據(jù)被檢焊縫的尺寸和聲速測量結果，選擇相控陣超聲探頭與楔塊；連接相控陣超聲探頭、Omiscan MX2相控陣超聲檢測儀與掃查器，組裝相控陣超聲檢測系統(tǒng)；采用校準試塊對楔塊延時與聲速、角度靈敏度和時間補償增益實施校準；

（4）合理設置聚焦深度、偏轉角度、脈沖重復頻率參數(shù)；為確保合金鋼焊縫及堆焊區(qū)域的聲束全覆蓋，選擇平楔塊配合相控陣超聲探頭置于合金鋼焊縫正上方，沿焊縫方向進行掃查；選擇斜楔塊配合相控陣超聲探頭置于合金鋼焊縫左、右兩側，分別沿焊縫方向進行掃查；

（5）對被檢焊縫實施相控陣超聲檢測，采集扇掃查圖像和Ｂ掃查圖像，并利用Tomoview操作系統(tǒng)進行圖像調用，結合-6 dB法對缺陷進行定量、定位。

本發(fā)明的有益效果是：利用相控陣超聲成像檢測方法，通過三次掃查實現(xiàn)帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫中被檢區(qū)域的全覆蓋，提高了檢測效率；優(yōu)化相控陣聚焦位置、焦區(qū)尺寸和聲束方向，提高檢測靈敏度與缺陷定量、定位精度。該方法克服了射線檢測技術輻射防護困難、檢測效率低、對危害性極大的面積型缺陷不敏感且無法對缺陷深度定量等缺點；常規(guī)超聲檢測技術檢測靈敏度低、檢測效率低等問題。本發(fā)明可快速、準確地實現(xiàn)核電站帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫的成像檢測，且現(xiàn)場檢測結果穩(wěn)定，對核電站的安全運行具有重大意義。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是一種帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫相控陣超聲成像檢測方法所用裝置的硬件結構連接示意圖。

圖2是相控陣超聲檢測高度3.0 mm、長度12.0 mm的堆焊層底面開口槽缺陷的扇掃查結果。

圖3是相控陣超聲檢測高度3.0 mm、長度12.0 mm的堆焊層底面開口槽缺陷的B掃查結果。

圖4是相控陣超聲檢測深度55.0 mm、高度4.0 mm的埋藏型分層缺陷的扇掃查結果。

具體實施方式

一種帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫相控陣超聲成像檢測方法，采用的檢測系統(tǒng)如圖1所示，具體包括Omiscan MX2相控陣超聲檢測儀、Tomoview操作系統(tǒng)、相控陣超聲探頭及配套楔塊、掃查器和校準試塊。所述檢測過程如下：

（1）被檢對象為壁厚超過70 mm的帶不銹鋼堆焊層的大厚壁合金鋼焊縫，其中合金鋼基體部分厚度約為60-66 mm，堆焊層厚度約為5-15 mm。對合金鋼基體表面進行處理，清除表面的油漆、疏松氧化皮、干耦合劑等雜物。同時，確保合金鋼焊縫軸向兩側至少各300 mm范圍內，周向整圈至少300 mm內的空間范圍沒有任何障礙物，使相控陣超聲探頭能夠在接觸表面上完全自由移動。

（2）根據(jù)被檢焊縫信息，在Tomoview操作系統(tǒng)內建立模型，選擇主頻5 MHz相控陣超聲探頭從合金鋼基體側進行掃查，采集不同位置點的底面反射回波，依據(jù)回波信號到達時間計算平均縱波聲速，在Tomoview操作系統(tǒng)中設定材料縱波聲速為5766 m/s。

（3）選擇主頻5 MHz 32陣元相控陣超聲探頭及配套的平楔塊和斜楔塊。連接相控陣超聲探頭、Omiscan MX2相控陣超聲檢測儀與掃查器，組裝相控陣超聲檢測系統(tǒng)。利用校準試塊中不同深度的反射孔，移動探頭并設置超聲增益，保證A掃信號的最高幅度在80%屏高附近，依據(jù)反射孔的實際位置完成楔塊延時與聲速、角度靈敏度和時間補償增益的校準。

（4）連接相控陣超聲探頭及平楔塊，置于合金鋼焊縫正上方，沿焊縫方向進行掃查，掃查方式為扇掃查結合B掃查，其中扇掃查偏轉角度范圍為-40度至＋40度；連接相控陣超聲探頭及斜楔塊，在合金鋼焊縫左、右兩側沿焊縫方向各進行一次掃查，超聲從斜楔塊進入合金鋼基體的出射角度為60度，掃查方式為扇掃查結合B掃查，其中扇掃查偏轉角度范圍為35度-75度，以確保堆焊層與合金鋼焊縫結合處，及堆焊層內部的聲束全覆蓋。

（5）對被檢焊縫實施相控陣超聲檢測。圖2和圖3分別給出高度3.0 mm、長度12.0 mm的堆焊層底面開口槽缺陷的扇掃查和B掃查結果，結合-6dB法，高度和長度定量結果分別為2.7 mm和12.4 mm；圖4給出深度55.0 mm、高度4.0 mm的埋藏型分層缺陷的扇掃查結果，結合-6dB法，深度和高度定量結果分別為56.0mm和4.4 mm。缺陷的定量、定位檢測精度較高，滿足工程檢測需求，具有較高的應用推廣價值。