omniscan sx/mx2超聲波相控陣檢測在役螺栓內部的裂紋缺陷

港口機械(以下簡稱港機)的主體架構是由許多鋼結構件、傳動機構拼裝而成的，各結構之間通常采用焊接連接或螺栓連接。螺栓連接是一種結構簡單、連接牢靠、拆裝方便的拼接方式，所以在港機產(chǎn)品中的使用極為廣泛。港機產(chǎn)品中主要使用高強度六角螺栓連接緊固，這些長期服役的螺栓除了承受復雜的應力作用外，還要承受冷熱潮濕、海鹽侵蝕等自然界的破壞，容易產(chǎn)生疲勞裂紋而斷裂。港機螺栓的失效斷裂形式主要有兩種：螺紋根部裂紋和螺頭R角裂紋。

螺栓一旦發(fā)生疲勞斷裂，輕者會致使設備中斷生產(chǎn)或效率降低，重者會引發(fā)安全責任事故，因此定期對在役螺栓實施檢測尤為重要。以往對在役螺栓的檢測，通常的做法是將螺栓拆卸下來，再進行熒光磁粉檢測。但是港機產(chǎn)品的垂直高度一般在20～80 m，且螺栓分布范圍廣，故這種情況下工作量大，拆卸困難，且檢測周期長、效率低。

針對港機在役螺栓出現(xiàn)的螺紋根部裂紋、螺頭R角裂紋等缺陷，在不拆卸螺栓的情況下，上海振華重工集團(南通)傳動機械有限公司的技術人員采用相控陣超聲技術在螺栓的兩端面實施檢測，利用扇形掃描技術實現(xiàn)了聲場對螺栓的全部覆蓋，同時結合聲束聚焦、波形成像等技術，較好地檢測出了在役螺栓缺陷。

（一）螺栓相控陣超聲檢測特點-上海玖橫儀器有限公司

螺栓是一種細棒形零件，采用常規(guī)超聲方法檢測時，螺紋結構、側壁對聲波的反射會產(chǎn)生干擾波和變形波，從而影響缺陷波的識別，且縱波直探頭角度單一，容易造成漏檢。

相控陣超聲成像檢測技術可利用扇形聲束掃描確保聲場對螺栓的全部覆蓋，采用多角度掃查更利于發(fā)現(xiàn)缺陷，還能通過改變聚焦深度提高檢測區(qū)域的分辨力及信噪比，并且通過圖像顯示和波形顯示相結合的方式，能更好地辨別缺陷波和干擾波。

（二）檢測儀器、探頭及參數(shù)設置-上海玖橫儀器有限公司

試驗設備采用OmniScan MX2相控陣儀器。探頭選用5L32一維線性陣列探頭，其間距為0.6 mm，晶片高度為10 mm。參數(shù)設置如下：采用縱波扇形掃描，扇形角度范圍和激發(fā)晶片的數(shù)量可根據(jù)螺栓規(guī)格調整，角度步進為0.5°，掃描布局為A+S(一組或多組)。作為初始掃查，可將聚焦深度設置在易出現(xiàn)裂紋的螺紋區(qū)域，當某個部位出現(xiàn)缺陷反射波時，再將聚焦深度調整于缺陷所在位置。

（三）探頭零點、聲速及靈敏度校準-上海玖橫儀器有限公司

校準試塊采用與被檢件材料相同的螺栓加工而成，推薦尺寸(直徑×長度)為30 mm×100 mm。探頭從端面入射，在A掃顯示中找到長度100 mm底面的一次和第二次高反射回波，來調整探頭零點及聲速。

靈敏度調整可采用與螺栓材料相同的Ф1 mm平底孔試塊進行，再增加4～16 dB作為初始掃查靈敏度；亦可采用螺紋面反射波法或底波調節(jié)法。

（四）探頭位置及掃查方式-上海玖橫儀器有限公司

通常將探頭放置在螺栓的兩個端面上實施檢測。初始掃查時，探頭沿徑向前后移動的同時，也進行旋轉掃查。

                                                                     圖1 探頭的放置位置示意(位置1和位置2)

（五）缺陷的判定與分析-上海玖橫儀器有限公司

01螺紋根部裂紋的判定與分析

以檢測M30×139 mm六角螺栓為例，當聲束入射到無缺陷的螺栓時，由于螺栓結構特點，反射回波及影像較為復雜，可一一判定其特性。

                                                                               圖2 無缺陷螺栓的反射波和影像

螺紋的反射波就像是許多個端角形成的反射波，在S顯示中較為清晰、排列規(guī)則整齊，反射波波幅隨著聲程的增加逐漸降低，影像從上而下、由深到淺、各自獨立。將角度光標對準螺紋反射波影像，由于在A掃描顯示中只能顯示一個角度聲束，可見各反射波的組合猶如一座“山丘”，相鄰反射波波幅相差較小。旋轉探頭時，螺紋面的反射波影像和波形只是隨著螺紋的旋向在聲程上發(fā)生變化，反射波的排列規(guī)則不會被打亂。干擾波、底波顯示位置固定，定點旋轉探頭時，其波形影像相同。

                                                                   圖3 含齒根裂紋的M30×139 mm螺栓

上圖所示為在役檢測時發(fā)現(xiàn)裂紋的螺栓，探頭在位置1處進行檢測，聲束從螺栓頭部入射至螺紋根部裂紋處，得到的反射波形和影像如圖4所示?？梢娪捎邶X根裂紋的產(chǎn)生增加了端角反射面積，缺陷的反射回波幅度比螺紋反射波的要高，將A顯示中“山丘”狀排列的螺紋波破壞；在S顯示中，裂紋圖像顏色深于螺紋反射波的顏色，裂紋波介于兩牙的反射波之間。利用光標定位，缺陷深度顯示為85 mm。

                                                                 圖4 螺紋根部裂紋反射波形和影像（位置1）

將探頭擺放在位置2處進行檢測，聲束從螺栓底部入射到根部裂紋處，得到的反射波形和影像如圖5所示?？梢娫贏顯示中，裂紋波波幅較大，波形尖銳陡直；在S顯示中，裂紋之后的螺紋反射面被裂紋遮蓋，螺紋影像消失或減弱；無裂紋側的螺紋波影像則顯示完整、各自獨立。利用光標定位，裂紋深度顯示為54 mm，與位置1處的檢測深度重合。

                                                                   圖5 螺紋根部裂紋反射波形和影像(位置2)

02螺頭R角裂紋的判定與分析-上海玖橫儀器有限公司

以M27×137 mm六角螺栓為例，將探頭放置在位置1處對其進行檢測，前后徑向移動探頭，利用扇形聲束的特點，將兩側R角反射波同時顯示在S顯示中。螺栓經(jīng)機加工制成，R角圓弧反射面光滑，旋轉探頭檢測時，無缺陷的R角反射波波形和影像相同，如圖6所示。在其A顯示中，R角反射回波竄動較小，波峰單一，深度顯示固定。利用光標定位，R角顯示深度為17 mm。

                                                                               圖6 S顯示中無缺陷的R角反射波影像

                                                                  圖7 含R角裂紋的M27×137 mm螺栓

上圖所示為含R角裂紋的螺栓，聲束從螺頭入射至R角及裂紋處，其S顯示中R角裂紋反射波影像如圖8所示。可見圖8中合格R角影像與圖6中的影像基本相同，而裂紋的產(chǎn)生增大了R角區(qū)域的反射面積，形成了更有利于探頭接收的反射回波，且裂紋表面一般較毛糙，所以裂紋波形影像發(fā)生明顯畸變，經(jīng)光標定位得到裂紋深度為18.5 mm。在A顯示中裂紋波形呈多峰狀，旋轉探頭時回波竄動較大。

                                                                   圖8 S顯示中R角裂紋反射波影像

將探頭放置在位置2處進行檢測，聲束入射到無缺陷R角區(qū)域時，螺栓自身的結構特點使得R角反射回波無法形成，如圖9(a)所示，可見S顯示中合格R角處無反射影像；當R角存在裂紋后，斜聲束入射到缺陷處，裂紋與螺桿在結構上形成了有利于探頭接收反射回波的端角，R角區(qū)域有缺陷反射回波影像，如圖9(b)所示，缺陷深度顯示為118.5 mm。對其進行兩頭檢測后，得到的裂紋深度位置重合。-上海玖橫儀器有限公司

                                                               圖9 R角無缺陷影像和有缺陷影像對比

結語

螺栓是經(jīng)機加工而成的標準件，同種規(guī)格的螺栓直徑、導程角、螺距等尺寸參數(shù)都相同。在役檢測前，可對同規(guī)格的無缺陷螺栓進行數(shù)據(jù)采集和分析，用于在役檢測時的輔助對比，可提升檢測速度，避免發(fā)生誤判、漏判。檢測過程中，通過徑向移動和定點旋轉探頭，并結合多角度聲束檢測，使得裂紋處形成更利于探頭接收的反射回波。檢測后，通過觀察A掃描波形及S顯示圖像，可對缺陷的回波及影像特點進行綜合判定與分析。試驗結果表明，利用相控陣超聲檢測技術，定期對港機在役螺栓實施檢測，對發(fā)現(xiàn)安全隱患和提高檢測效率有較大的幫助。

上海玖橫儀器有限公司是一家專業(yè)從事儀器儀表研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務的企業(yè)。超聲波探傷儀：（EPOCH 600超聲探傷儀、EPOCH 6LT超聲探傷儀、EPOCH 650超聲探傷儀、EPOCH 1000超聲探傷儀、USM 36超聲探傷儀、USN 60超聲探傷儀、USM go+超聲探傷儀、Ominscan SX相控陣探傷儀、OmniScan MX2相控陣TOFD探傷儀，新款OmniScan MX3全聚焦相控陣超聲波探傷儀）；超聲波測厚儀：（27MG超聲波測厚儀、45MG超聲波測厚儀、38DL PLUS超聲波測厚儀、DM5E超聲波測厚儀、CL5超聲波測厚儀、MAGNA-MIKE 8600霍爾效應測厚儀，ETG-100電磁高溫測厚儀）；超聲波探頭；定制相控陣探頭；渦流探傷儀：（NORTEC 600渦流探傷儀）；硬度計；DR平板探測器：1313DX ，1515DXT-I ，2520DX ，2530HE，4343HE， Dexela 1207 ，Dexela 1313 ，Dexela 2121S ，Dexela CMOS平板探測器 ，XRD 0822 ，XRD 1611 ，XRD 1621 ，XRD 4343RF ，XRD 3025 ，XRpad 4336 ，XRpad 4343 F ，XRpad2 3025 ，XRpad2 4336。內窺鏡：（IPLEX NX奧林巴斯內窺鏡、IPLEX GX/GT奧林巴斯內窺鏡、IPLEX G Lite奧林巴斯內窺鏡、IPLEX TX奧林巴斯內窺鏡、IPLEX YS奧林巴斯內窺鏡、XLGo+工業(yè)視頻內窺鏡GE、XL Detect+工業(yè)視頻內窺鏡GE新款、UVin專業(yè)紫外視頻內窺鏡、）；脈沖發(fā)生器：（DRP300替代奧林巴斯的5072PR,5073PR）；合金分析儀：(Vanta奧林巴斯手持式合金分析儀、DELTA Professional手持式合金分析儀奧林巴斯、DELTA Element手持式合金分析儀奧林巴斯)等儀器儀表

OLYMPUS手動雙軸掃查器GLIDER滑動超聲PAUTOLYMPUS超聲探掃查器配件CFU耦合劑注入裝置OLYMPUS超聲探頭掃查器配件彈性體耦合劑TomoView強大的數(shù)據(jù)處理軟件超聲探傷COBRA超聲波小管徑掃查架探傷FOCUS PX / PC / SDK超聲波探傷儀系統(tǒng)奧林巴斯DGS超聲波相控陣探頭和MXU軟件OmniScan MX3相控陣超聲波探傷儀產(chǎn)品資料OmniScan MX3/mx2相控陣超聲波探傷儀新款OLYMPUS奧林巴斯相控陣探傷儀TFM全聚焦超聲波探傷儀檢測玻璃纖維分層和開裂焊縫探傷檢測和腐蝕成像SteerROVER掃查器UT新款OLYMPUS手持式超聲波探傷儀價格OLYMPUS奧林巴斯相控陣探傷儀TOFD/PA奧林巴斯便攜式超聲波探傷儀升級相控陣新款奧林巴斯手持式超聲波探傷儀使用方法奧林巴斯便攜式超聲波探傷儀價格便攜式超聲波相控陣探傷儀檢測管道內部腐蝕便攜式超聲波相控陣探傷儀說明書5DL16-12X5-A25-P-2.5雙線性陣列超聲波探頭

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  詳細摘要：OmniScanSX奧林巴斯OLYMPUS手動雙軸掃查器GLIDER滑動超聲PAUT,GLIDER（滑動）掃查器是一款用于對平面或稍微彎曲的復合材料表面進行手動檢測的雙軸編碼掃查器。這款由吸盤支撐的掃查器非常適合于光柵掃查。這款掃查器使用渦流陣列、渦流、超聲、相控陣技術。

  產(chǎn)品型號：OmniScan SX奧林巴斯   

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  詳細摘要：OmniScanMX2奧林巴斯OLYMPUS超聲探掃查器配件CFU耦合劑注入裝置,CFU-03和CFU-05是兩款用于在超聲檢測過程中為楔塊持續(xù)提供耦合液體的電動泵設備。

  產(chǎn)品型號：OmniScan MX2奧林巴斯      

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  詳細摘要：OmniScanSX奧林巴斯OLYMPUS超聲探頭掃查器配件彈性體耦合劑，Aqualene™是專門為超聲波檢測設計的一個彈性體。它的聲陰抗幾乎與水相同，它的衰減系數(shù)小于許多已知彈性體和塑料。

  產(chǎn)品型號：OmniScan SX奧林巴斯      

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  詳細摘要：上海玖橫儀器-olympus奧林巴斯TomoView強大的數(shù)據(jù)處理軟件超聲探傷，

  產(chǎn)品型號：玖橫儀器-olympus      

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  詳細摘要：玖橫儀器-olympus奧林巴斯COBRA超聲波小管徑掃查架探傷，COBRA手動掃查器與OmniScanMX2探傷儀和16:64模塊配套使用，用于對小直徑管件進行周向焊縫檢測。COBRA可以裝配兩個PA探頭，檢測外徑在0.84英寸到4.5英寸范圍之間的管件。

  產(chǎn)品型號：玖橫儀器-olympus    

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  詳細摘要：玖橫儀器-olympus奧林巴斯FOCUSPX/PC/SDK超聲波探傷儀系統(tǒng)，為用戶提供了一套完整的高級相控陣集成解決方案，可以滿足用戶極為苛刻的要求。這項解決方案包含了FOCUSPX，一種性能強大且可擴展搭建的采集單元；FocusPC，一種強大的數(shù)據(jù)采集和分析軟件程序；兩個

  產(chǎn)品型號：玖橫儀器-olympus      

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  詳細摘要：玖橫儀器-olympus奧林巴斯DGS超聲波相控陣探頭和MXU軟件，在4.4版本的MXU軟件中，DGS1系列和A24Atlas系列探頭可以支持創(chuàng)建DGS曲線。這兩種系列的探頭能夠在焊縫檢測（包括焊縫受到局*）、橋梁銷釘和螺栓及應力腐蝕開裂等方面有一些應用。

  產(chǎn)品型號：玖橫儀器-olympus    

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  詳細摘要：OLYMPUS奧林巴斯OmniScanMX3相控陣超聲波探傷儀產(chǎn)品資料,做你完成安裝在儀器上，而無需使用PC
  改進的快速校準,使用多組總聚焦方法（TFM）圖像增強了圖像分辨率并在幾何上糾正了缺陷表示.標準PR配置可在雙陣列探頭上使用更大的孔徑

  產(chǎn)品型號：OmniScan X3      

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  詳細摘要：新款OLYMPUS奧林巴斯OmniScanMX3/mx2相控陣超聲波探傷儀，OmniScanX3探傷儀多提供四個同時的TFM模式，以從不同角度生成圖像?？梢酝瑫r使用每種模式的響應和特性（例如*衍射，拐角陷印和缺陷輪廓）來確認缺陷類型并提高尺寸確定能力。

  產(chǎn)品型號：OmniScan X3      

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  詳細摘要：OmniScanX3新款OLYMPUS奧林巴斯相控陣探傷儀TFM全聚焦，更好的缺陷成像可為較小的缺陷帶來清晰度和分辨率對早期高溫氫攻擊（HTHA），進行成像以在重要的時候進行檢測，板載聲影響圖（AIM）反射率模擬器可幫助您，可視化TFM靈敏度并進行相應調整，多達4種TFM模

  產(chǎn)品型號：OmniScan X3      

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  詳細摘要：OLYMPUS奧林巴斯超聲波探傷儀檢測玻璃纖維分層和開裂價格EPOCH600的升級版EPOCH650，使用電池可工作15小時以上,標準動態(tài)DAC/TCG和機載DGS/AVG,多個機載報告格式,microSD存儲卡，用于數(shù)據(jù)傳輸,帶有編碼B掃描的可選腐蝕模塊軟件,USB（OTG）端口，用于與PC機通信

  產(chǎn)品型號：EPOCH 650      

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  詳細摘要：omniscanSX/MX2/MX3超聲波相控陣探傷儀PA,焊縫探傷檢測和腐蝕成像SteerROVER掃查器UT,壓力容器和箱罐，掃查器的這種操控自如的性能非常有用。掃查器經(jīng)過配置后，借助一種電動光柵臂可以完成腐蝕成像操作，還可以借助一種支撐探頭托架的支架，對（縱向和環(huán)向）

  產(chǎn)品型號：omniscan SX/MX2/MX3      

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  詳細摘要：EPOCH6LS新款OLYMPUS手持式超聲波探傷儀價格,符合人體工程學設計要求的EPOCH6LS探傷儀可使檢測人員單手操作，快速完成整個檢測應用。簡化的菜單結構和自動80（AUTO80）增益調整功能有助于快速完成材料和角度的校準操作，并創(chuàng)建符合N/BT47013.3-2015標準的DAC

  產(chǎn)品型號：EPOCH 6LS      

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  詳細摘要：OmniScanMX2OLYMPUS奧林巴斯相控陣探傷儀TOFD/PA.UT2TOFD模塊和MXU軟件奧林巴斯的全新OmniScanMX2UT2模塊代表了功能強大且價格合理的TOFD檢測解決方案。幾項硬件和軟件改進使使用TOFD技術的焊縫檢測更加便捷。流的信噪比為TOFD檢測提供了佳的數(shù)據(jù)質量。

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  詳細摘要：OLYMPUS奧林巴斯便攜式超聲波探傷儀升級相控陣EPOCH1000，EPOCH600的升級版EPOCH650，EPOCH6LT儀器僅重890克，EPOCH1000系列數(shù)字式超聲探傷儀將常規(guī)便攜式探傷儀的高級性能和相控陣成像能力結合在一起。EPOCH1000、1000iR及1000i儀器的新型機身結構橫寬豎窄，

  產(chǎn)品型號：EPOCH 1000      

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  詳細摘要：OLYMPUS新款奧林巴斯手持式超聲波探傷儀使用方法，EPOCH600的升級版EPOCH650，EPOCH6LT儀器僅重890克，其重量的分配根據(jù)抓握方向決定，單手操作時可大程度地減少手腕的疲勞。飛梭旋鈕和簡單的按鈕設計，使得儀器使用起來非常方便，即使操作人員帶著手套。設計

  產(chǎn)品型號：EPOCH 6LT      

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  詳細摘要：OLYMPUS奧林巴斯便攜式超聲波探傷儀價格EPOCH600的升級版EPOCH650，使用電池可工作15小時以上,標準動態(tài)DAC/TCG和機載DGS/AVG,多個機載報告格式,microSD存儲卡，用于數(shù)據(jù)傳輸,帶有編碼B掃描的可選腐蝕模塊軟件,USB（OTG）端口，用于與PC機通信

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  產(chǎn)品型號：Omnoscan SX/MX2   言

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  詳細摘要：OmnoscanSX/MX2OLYMPUS奧林巴斯5DL16-12X5-A25-P-2.5雙線性陣列超聲波探頭，使用雙線性陣列（DLA）探針檢查小直徑奧氏體鋼管，適應包括在包楔覆蓋英寸OD的范圍內的1?4.5英寸OD，附著在COBRA®小直徑管焊接掃描器，并且可以使用OmniScan®可SX探傷儀

  產(chǎn)品型號：Omnoscan SX/MX2