螺栓超声相控阵检测之2检测方法

焊接无损.

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因不同螺栓在材质、型式结构、规格尺寸、在役受力状态、可用检测面位置等方面存在诸多不同，检测方法不能一概而论，需对具体情况进行具体分析，选用最合适的检测方案。下面以钢制螺栓为例，就几种典型情况进行说明，其他材质螺栓可参照下述检测方案经实际工艺验证后执行。

在螺栓光杆圆柱面实施横波扇扫检测

针对全新生产状态下，或者可完全拆卸下来的非在役状态的螺栓，如果非全部螺纹而存在光杆圆柱面的，可将相控阵探头置于螺栓光杆圆柱面上进行横波扇扫检测。实心螺栓使用一次波检测，空心螺栓使用二次波检测。检测时探头沿螺栓光杆外圆周向移动，绕螺栓扫查一周

  图1 探头在实心螺栓光杆部位进行扇扫检测

图2 探头在空心螺栓光杆部位进行扇扫检测

探头和楔块选择

应根据螺栓材质、规格尺寸选用合适的探头，推荐探头频率范围2-10MHz。在满足信噪比的情况下，为提高小缺陷的分辨率，应尽量选择频率较高的探头。当实心螺栓直径不大于30mm 或空心螺栓壁厚不大于15mm 时，推荐使用5-10MHz 的16 或32 阵元晶片自聚焦线阵探头（自聚焦线阵探头优势详见小径管对接接头检测章节），楔块与工件接触面应加工与螺栓光杆直径相匹配的AOD (Axial Outside Diameter) 轴向外径曲率（见图3）

图3 装有AOD 曲率楔块的探头

图4 自聚焦线阵探头晶片

图5 普通平面线阵探头晶片

6-1 晶片自聚焦相控阵探头在圆柱面检测实心螺栓照片及声束模拟覆盖

6-1 晶片自聚焦相控阵探头在圆柱面检测实心螺栓照片及声束模拟覆盖

扫查器选择

 可根据检测需要选用合适的链式扫查器或mini 滚轮式编码器记录检测数据.

图7 螺栓检测链式扫查器

图8 螺栓检测mini 滚轮式编码器

 聚焦法则设置

设置横波扇扫检测，通过计算或声束仿真模拟，以尽可能覆盖需检测螺纹区域为准（如设置40°至75°的扇扫角度范围）。如下图所示，各角度声束到达螺纹齿时，虽声程距离随角度增大而增大，但深度位置近乎一致。实心螺栓检测，当一次波到达螺纹齿附近位置时，声束传播深度约为实心螺栓直径；空心螺栓检测，当经内壁反射后的二次波到达螺纹齿附近位置时，声束传播深度约为空心螺栓壁厚的2倍。故在聚焦法则设置时，选择“深度聚焦”的方式更能体现相控阵超声的优势。下图中，红色圆点位置为各角度声束线的深度聚焦位置，均设定在待检测的螺纹齿根部附近。实心螺栓检测时，聚焦深度设置为实心螺栓的直径；空心螺栓检测时，聚焦深度设置为空心螺栓壁厚的2 倍。这样在螺纹齿位置附近声场聚焦能力最为集中，将能得到最优的分辨率和信噪比。

图9  实心螺栓光杆部位扇扫检测时的一次波深度聚焦位置示意图

图10 空心螺栓光杆部位扇扫检测时的二次波深度聚焦位置示意图