铝合金材料被普遍运用在GIS(气体绝缘金属封锁开关)、GIL(气体绝缘输电路线)等电气做战的外壳中，焊接类外壳的焊接磋议原料是保证做战平安运转的要紧成分之一，是以磋议的探测尤其要紧。

当前，GIS、GIL用壳体焊接磋议的探测普遍采取X射线和惯例超声波探测，而X射线有辐射，对人体无益，惯例超声探测结束不直觉，主观性较强。而相控阵超声探测以其平安、正确、直觉等好处，越来越多地运用于电力畛域。

近几年，国内科研人员施行了不少相控阵方面的相干钻研，譬喻在对奥氏体不锈钢焊缝施行相控阵探测时，关于10mm深的毛病，相控阵探测的信噪比要远高于惯例超声探测；再有钻研也声明相控阵的定位、定量正确性以及敏锐度均较高。

GIS、GIL等做战用铝合金外壳的厚度要紧有10mm和16mm，由于当前焊接外壳的无损探测法子存在不够，因此基于相控阵探测的好处，为了谋求相控阵探测是否替代现有的探测本领，平高电气股分有限公司/平高团体焊接技能及压力容器实验室的探测人员以母材厚度为10mm和16mm的铝合金焊接磋议为目标，采取自聚焦探头和惯例探头施行相控阵探测，对探测敏锐度、探测精度、毛病探测率施行了归纳解析，评估了相控阵探测的可行性。

01

实验计划

筛选高压开关罕用铝合金（板材）施行实验，实验分两组，第一组焊接试件采取10mm×mm×mm的铝合金板材施行对接焊，第二组焊接试件采取16mm×mm×mm的铝合金板材施行对接焊，焊接法子采取MIG(溶化极惰性气体维护焊)，采取单面焊双面成形工艺，焊接磋议方法及坡口尺寸暗示如图1所示。

图1焊接磋议方法及坡口尺寸

针对临盆现实环境，铝合金焊接历程中形成的毛病主假如气孔、夹渣、未熔合、未焊透等，因此在两组试件中别离预制8个毛病，详细以下（尺寸单元为mm）：

第一组

1号毛病：Φ2×6气孔

2号毛病：Φ1×2气孔

3号毛病：Φ2×7夹渣

4号毛病：Φ1×8夹渣

5号毛病：Φ3×4未熔合

6号毛病：Φ4×7未熔合

7号毛病：Φ3×3未焊透

8号毛病：Φ4×7未焊透

第二组

1号毛病：Φ2×8气孔

2号毛病：Φ1×14气孔

3号毛病：Φ2×6夹渣

4号毛病：Φ1.5×11夹渣

5号毛病：Φ3×6未熔合

6号毛病：Φ4×10未熔合

7号毛病：Φ3×7未焊透

8号毛病：Φ4×9未焊透

试件制做结尾后，肃清试件上的焊接飞溅，并应用砂纸将探头挪动地域打磨平坦，表面粗陋度不大于12.5μm。

采取两种不同型号的探头施行相控阵超声探测，探测时用底面1次反射法(2次波），使声束能通盘遮蔽统统焊缝截面，对探测结束施行比较解析。

02

相控阵超声探测参数筛选及设置

2.1

探头筛选

GB/T-《无损探测超声探测相控阵超声探测法子》对探头的选纲目求以下：

能够看出跟着探测厚度的增多，探头频次逐步低沉，孔径逐步增大。从抬高探测精度方面思量，结关闭述对探头频次等参数的筛选，实验拟采取自聚焦探头和惯例探头探测。自聚焦探头型号为D10(7.5S16-0.5×10-D10)，惯例探头型号为D2(5L32-0.5-10)。

2.2

楔块筛选

依据探头型号，般配适合的楔块型号。自聚焦探头型号为D10(7.5S16-0.5×10-D10)，般配楔块型号为SD10(SD10-N60S-IH)，惯例探头型号为D2(5L32-0.5×10-10)，般配楔块型号为SD2(SD2-N55S)。

2.3

探测系统设置

实验采取PHASCAN便携式相控阵超声探测仪探测，创建4套设置文献，根底参数以下：

03

探测结束及解析

在试件上沿焊缝轴线符号步进偏置绝对值，沿设置的扫查方位发端扫查焊缝，扫查历程中维持匀速行进，耦合优越，对两组试件施行探测，取得某个毛病的A-S审视图，应用-6dB法对该毛病施行定性、定量解析。

3.1

板厚为10mm的试件

图mm厚试件的毛病自聚焦探头探测图象

图mm厚试件的毛病惯例探头探测图象

10mm厚试件的探测结束以下：

能够看出自聚焦探头将预制的8处毛病统统检出。惯例探头检出预制的6处毛病，有两处预制毛病未检出，毛病检出率是自聚焦探头的75%。

对毛病深度和长度的探测数值与可靠值的相对过失施行较量，取得的过失弧线以下：

图mm厚试件的毛病深度与长度相对过失弧线

能够看出自聚焦探头的探测精度高于惯例探头的。波束直径影响探测敏锐度和精度，超声相控阵探头波束直径打算公式以下：

DB-6dB=0.DF/N(1)

式中：D为探头直径（自动孔径），mm；D=n·p，n为晶片数目，p为晶片中央间距，mm；F为焦距，mm；N为近场区长度，mm。

近场区长度的打算公式以下：

N=K矩形D2f/(4c)(2)

式中：K矩形为近场修削系数；f为探头频次，MHz；c为材料横波声速，m/s。

由式(2)取得自聚焦探头的近场区长度为54mm，惯例探头的近场区长度为mm；由式(1)取得自聚焦探头的波束直径约为2.4mm，惯例探头的波束直径约为1.6mm，波束直径越小，被某个特定地方的毛病反射的能量越多，毛病越明确。自聚焦探头近场区远小于惯例探头的，且频谱更宽，谐波声压的叠加加倍显然，能使声压-间隔相干变得更为滑润，也有益于探测，综上解析，自聚焦探头探测精度高于惯例探头的。

对惯例探头未检出的毛病施行解析：2处毛病直径为1mm左右，依据上述波束直径的商议，自聚焦探头波束直径小，更利于探测出渺小的毛病，而惯例探头波束直径大，是2、4号毛病漏检的原由之一。其它，理论以为自聚焦探头是窄脉冲与宽频带超声波探头，谐波的频次畛域宽（频带宽），叠加而成的脉冲赓续时光短，脉冲赓续时光（脉冲宽度）比类似参数的普遍超声波探头更短，脉冲宽度小，能取得高的分辩力，也是自聚焦探头检出小毛病的原由。

3.2

板厚为16mm的试件

图mm厚试件的毛病自聚焦探头探测图象

图mm厚试件的毛病惯例探头探测图象

16mm厚试件的探测结束以下：

能够看出自聚焦探头检出预制的7处毛病，1处毛病未检出。惯例探头对预制的8处毛病统统检出，自聚焦探头的毛病检出率是惯例探头的87.5%。

对毛病深度和长度的探测数值与可靠值的相对过失施行较量，取得的过失弧线以下：

图mm厚试件的毛病长度和深度相对过失弧线

能够看出惯例探头的探测精度稍高于自聚焦探头的。这是由于二次波探测16mm左右厚度的焊缝时，可到达的深度约为32mm，超出了自聚焦探头的聚焦地域。

FZ=NSF2[2/(1+0.5SF)](3)

式中：SF为归一化焦距。

由式(3)取得自聚焦探头的聚焦地域为12.7mm，惯例探头近场区长度为24.4mm，聚焦地域内声束能量集结，探测敏锐度高，且超出聚焦地域，声波散发，探测敏锐度低。这是惯例探头探测敏锐度高于自聚焦探头探测敏锐度的原由。

对自聚焦探头未检出的2号毛病施行解析：经过对该毛病的定量丈量觉察其位于自聚焦探头的聚焦地域外，探测敏锐度低，是以自聚焦探头未探测出该毛病。

结语

(1)对母材厚度为10mm左右的铝合金对接磋议施行相控阵探测时，自聚焦探头（7.5S16-0.5×10-D10）能检出统统预制毛病，探测小毛病的分辩力高，毛病检出率显然高于惯例探头的；毛病的定量精度受波束直径影响，波束直径小，定量精度高。

(2)对母材厚度为16mm左右的铝合金对接磋议施行相控阵探测时，惯例探头（5L32-0.5×10-10）能检出统统预制毛病，自聚焦探头（7.5S16-0.5×10-D10）受聚焦地域的影响，未能检出统统预制毛病，检出率和毛病的定量精度均低于惯例探头的。

(3)采取相控阵超声技能探测铝合金焊接磋议时，当主筒体厚度为10mm的板材采用自聚焦探头探测，16mm的板材采用惯例探头探测时，探测结束正确、毛病定量精度高，且该技能可做为要紧探测本领，射线探测做为帮助探测本领，要紧用于GIS、GIL等做战焊接外壳的探测，以抬高探测效率、低沉射线探测带来的辐射妨害。

做家：李小欣，赵利军，郑延召，王晓贞

单元：平高电气股分有限公司/平高团体焊接技能及压力容器实验室

第一做家：李小欣，硕士，工程师，要紧钻研方位为材料焊接及无损探测工艺。

起因：《无损探测》年第11期