赵诚
浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州 310020
摘 要：T型焊缝是钢结构中常用的一种焊接接头形式，在实际应用中承受着剪切应力、结构应力和焊接应力，但是因T型焊缝结构相对来说比较复杂，而且焊接难度也比较大，在焊接过程中可能会出现某种缺陷，从而影响设备或钢结构件的使用性能，甚至还会对人们的生命财产以及设备运行造成非常重要的影响。为了能够确保焊接结构的安全性，开展金属机构焊缝超声波相控无损检测技术，使其能够有效提升设备的使用效率。
关键词：金属结构；超声波相控阵；检测技术
超声相控检测阵技术是由常规的超声无损检测技术发展而来，在实际应用中利用物体中由缺陷差异或组织结构的存在让超声波的物理性质物理量发生的一种变化现象，通过检测方式来检测所存在的缺陷问题。同时还会利用超声波在物体中多种传播的特性，如反射与折射、衍射与散射、衰减和在不同材料中声速的不同特点，还能够针对材料的尺寸、密度、组织变化以及内部缺陷等进行有效的检测。
一、超声相控阵检测的原理
是由多个材料组成的复合晶体，并按照一定的规律进行排列的晶片集成形成单一的相控阵探头，之后按照软件生成的聚焦法则激发相控阵探头中的晶片，以此来控制发射声束的方向和形状，使其能够实现超声波的声束移动、聚焦和偏转[1]。
二、金属结构T型焊接缝的特点
焊缝利用焊接热源的高温作用，将焊条和焊缝处的金属熔化后凝固在一起，使其能够形成缝。融化后的金属逐渐开始冷却，然后将两个焊件连接成一个整体，对不同位置或形状进行焊接，如角焊缝常用于搭接连接；接焊缝一般用于板件和型钢中的拼接，焊接技术在实际应用中有着非常广泛地应用。
（一）气孔缺陷
在焊接工作中熔池中的气体没有在金属凝固之前逸出，存在一定的存留，从而在T型焊缝之间形成一定的空穴，在某种程度上能够有效减少焊缝的截面，降低了焊接接头的塑性和强度，从而引起应力集中，而且氢气孔还能够造成冷裂纹现象。
（二）裂纹缺陷
其中的裂纹是指金属原子的结合遭受了一定的破坏，从而形成了一个新的界面从而产生的缝隙。在实际应用中根据裂纹发生的条件和时机，可以将裂纹区分成冷裂纹、热裂纹、层状撕裂和再热撕裂。要知道裂纹是焊接缺陷中严重和危害最大的一种，在某种程度上能够有效减少承载面积，尤其是端部形成的尖锐缺口，而且应力还会高度集中，从而发生严重的破坏[2]。
（三）未焊透缺陷
是指母材金属未融化，在实际应用中焊缝技术并没有进入接头根部，从而降低了T型焊缝的机械结构强度，而且未焊透的缺口位置和头部位置都会出现应力集中的现象，从而导致工件承受能力比较弱，在变载荷时会裂开，存在一定的安全隐患问题，很容易发生安全事故问题。
（四）未熔合缺陷
是指焊缝金属与母材金属，在进行焊接工作中焊缝金属之间未熔化就结合在一起的缺陷。未熔合按照所在部位可以将其分为：层间未熔合和根部未熔合、坡口未熔合。
在实际应用中坡口与根部未熔合部分有效减少，而且在某种程度上还会减少T型焊缝承载面积，其应力集中也比较严重，所带来的危害性仅小于裂纹。
（四）夹渣缺陷
焊接后熔渣残余在T型焊缝之中，例如，未熔的焊条的药皮。其点状夹渣的危害与气孔非常相似，而且带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，最终容易发展成为裂纹源，危害和影响相对来说比较大。
三、超声波相控阵检测技术在金属结构T型焊缝检测中的应用
超声相控阵的扇形扫查的应用非常广泛，与传统超声波显示信号和TOFD的侧面投影显示有所不同，相控阵做扇形扫查是声束在设定范围内进行的变化，有着属于自己的特点。在实际应用中要对其进行有效地判断，使其能够有效减少在检测中对缺陷性质的误判，同时还能够有效增加缺陷类型判断的精准性。
（一）气孔
气孔是T型焊缝中最常见的缺陷，气孔的危害相对来说比较小，气孔所形成的波形比较清晰而且还非常的锐利，波形陡峭。若是平行于T型焊缝方向进行移动探头时，而气孔为针状或单个时，那么波形消失的就会比较快，而且回波幅度相对来说也比较小，波形相对来说比较稳定。若是气孔出现连续性或出现不间断的缺陷波，那么气孔的密度就会出现此起彼伏的现象，气孔显示为椭圆形或圆形，临近图像边缘也会更加清晰。
（二）裂纹
裂纹缺陷在实际应用中对T型焊缝安全性影响是非常大的，因此，在实际检测过程中要仔细检测，一旦发现问题要及时修复，使其能够有效增加T型焊缝的使用寿命。在相控阵扇扫查图谱中的回波有焊道产生的裂纹、回波端角处的裂纹尖角和反射波出的衍射波。裂纹的回波相对来说比较复杂，有竖直方向的一束波，在回波中会形成多个峰，在实际应用中只有声束对T型焊缝中所有的裂纹进行全覆盖的时候，才会在图谱中出现上下尖端的回波。
（三）未焊透和未熔合
要知道，未焊透和未熔合在实际应用中会对焊缝的疲劳强度造成很大的影响，甚至还会诱发裂纹的产生，所以说危害和影响相对来说比较大。通常波幅比较高的时候，起波的速度也就会越来越快，可以在扇扫视图中对其进行有效的区分，还可以将探头设置在翼板上，以此来扫查焊缝之间存在的差异性，能够及时发现未焊透和层状撕裂的两种缺陷[3]。
（四）夹渣
当夹渣属于非金属夹渣物时，因吸收的声波相对来说比较多，在同种情况下会比其他缺陷的波幅要低，点状夹渣的回波信号与点状气孔缺陷回波有着一定的相似性，当探头沿着T型焊缝方向进行移动时，条状夹渣的缺陷波将会保持着一定的连续性，若是探头围绕着缺陷进行移动时，那么缺陷波将会慢慢消失，能够发现夹渣显示的图像呈现不规则现象，其边缘也不太清晰。
综上所述：
超声相控阵技术在金属结构T型焊缝检测中的应用范围越来越广泛，而且各项检测精准度相对来说比较高，而且检测速度非常快，但是不能检测比较复杂的工件机构。超声相控阵技术是一个新兴的无损检测技术，有着很好的发展前景和应用方向，在实际应用中能够实现声束的聚焦和偏转，同时还能够扩大检测范围，进一步提升各项检测的灵敏度，使其不仅能够节省大量的人力资源和物力，同时还能够提升经济效益，实现可持续发展。
参考文献：
[1] 王锐. 未来聚变堆真空室复杂焊缝相控阵超声检测关键技术研究[D].中国科学技术大学,2019.
[2] 曹承昊. 面向焊缝相控阵检测的振动声调制方法研究[D].武汉工程大学,2018.
[3] 程胜金. 金属结构焊缝超声波相控阵检测技术研究[D].华北水利水电大学,2018.