螺栓檢查應(yīng)用概述

螺栓容易出現(xiàn)各種缺陷，有些是在安裝、使用或制造過程中出現(xiàn)的。 檢測(cè)螺栓中的缺陷有助于提升機(jī)械設(shè)備的使用安全以及提高這些零部件的使用壽命。

使用定制相控陣環(huán)形超聲探頭技術(shù)的解決方案

相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）技術(shù)不僅使檢查員能夠在不移動(dòng)超聲探頭的情況下執(zhí)行高速電子掃描，而且還能夠控制波束特性，以提高檢測(cè)性能。 單個(gè)電子控制的相控陣超聲探頭可實(shí)現(xiàn)多角度檢測(cè)，在面對(duì)復(fù)雜幾何體的時(shí)候檢測(cè)更具有靈活性。

在本應(yīng)用說明中，我們介紹了使用OmniScan X3探傷儀和定制環(huán)陣（5D26-12-64）超聲探頭進(jìn)行的幾項(xiàng)測(cè)試，以證明該設(shè)備在檢測(cè)螺栓和類似形狀零件缺陷方面的效率。

圖1. OmniScan X3探傷儀與螺栓上的環(huán)陣探頭相連

圖2. 定制5D26-12-64環(huán)陣探頭（頂部）和晶片分布模式（底部）

定制環(huán)陣探頭的規(guī)格

外徑：26 mm    內(nèi)徑：12 mm  晶片：64 

 總有效孔徑：外周長(zhǎng)：81.68 mm   內(nèi)周長(zhǎng)：37.69 mm

外螺距：1.276 mm  內(nèi)螺距：0.5889 mm

高度：14 mm

圖3. 存在機(jī)加工缺陷的螺栓試塊。 該螺栓試塊帶加工刻槽缺陷，刻槽位置為距螺帽表面20 mm（在螺帽與螺桿交界處），80 mm，140 mm，刻槽深度1 mm。

使用相控陣環(huán)形探頭測(cè)試各種發(fā)射序列性能

同時(shí)發(fā)射PA探頭的八個(gè)晶片

OmniScan X3探傷儀顯示屏的以下屏幕截圖（圖4-6）顯示了環(huán)陣探頭發(fā)射8個(gè)晶片時(shí)三個(gè)缺陷的測(cè)試結(jié)果。 采用線性掃描技術(shù)，探頭固定在螺帽上。

發(fā)射順序：1-8、2-9、3-10、…57-64

圖4. 對(duì)于距離上表面（螺帽與螺桿連接區(qū)域）20 mm處的缺陷（刻槽），其檢測(cè)深度為21.89 mm。

圖5. 對(duì)于距離上表面80 mm處的缺陷（刻槽），其檢測(cè)深度為78.89 mm。

圖6. 對(duì)于距離上表面140 mm處的缺陷（刻槽），其檢測(cè)深度為138.17 mm。

同時(shí)發(fā)射PA探頭的四個(gè)晶片

接下來，我們一次只激發(fā)了4個(gè)晶片，其他條件保持不變。 我們獲得的測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

發(fā)射順序：1-4、2-5、3-6、…61-64

圖7. 距離上表面20 mm和80 mm處較淺缺陷（刻槽）的信號(hào)較強(qiáng)，指示清晰，而140 mm處缺陷（刻槽）的信號(hào)較弱。

同時(shí)發(fā)射PA探頭的兩個(gè)晶片

當(dāng)我們將一次發(fā)射晶片的數(shù)量減少至2個(gè)，此時(shí)幾乎無法發(fā)現(xiàn)140 mm處的缺陷信號(hào)（請(qǐng)見圖8）。

發(fā)射順序：1-2、2-3、23-4、…63-64

圖8：使用兩個(gè)晶片幾乎無法檢測(cè)到距離上表面140 mm處的缺陷信號(hào)。

同時(shí)發(fā)射PA探頭的十六個(gè)晶片

反之，如果將一次激發(fā)晶片的數(shù)量增加至16個(gè)，可以看到140 mm處的缺陷信號(hào)更加清晰。 然而，由于16個(gè)晶片呈圓形排列，因此跨越了一個(gè)大弧線，它們沒有有效聚焦，因此信號(hào)被拉長(zhǎng)放大。 這與使用線陣探頭時(shí)通常發(fā)生的情況相反。

發(fā)射順序：1-16、2-17、3-18、…49-64

圖9：增加至16個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果。

同時(shí)發(fā)射PA探頭的三十二個(gè)晶片

然后我們嘗試同時(shí)發(fā)射32個(gè)晶片，也就是說，所有晶片的一半形成一個(gè)半圓。 由于這32個(gè)晶片呈半圓弧排列，且不是沿水平面呈直線，因此聲束無法聚焦，從而導(dǎo)致信號(hào)嚴(yán)重失真，幾乎不可能找到距螺帽表面140 mm處缺陷的信號(hào)（請(qǐng)見圖10）。

發(fā)射順序：1-32、2-33、3-34、…33-64

圖10：同時(shí)激發(fā)32個(gè)晶片的檢測(cè)結(jié)果。

關(guān)于相控陣環(huán)形探頭結(jié)果的結(jié)論

基于上述試驗(yàn)結(jié)果，我們得出以下結(jié)論：

1. 當(dāng)同時(shí)激發(fā)8個(gè)晶片進(jìn)行螺栓檢查時(shí)，可以獲得相對(duì)較好的試驗(yàn)結(jié)果。

2. 當(dāng)同時(shí)激發(fā)的晶片少于8個(gè)時(shí)，聲束的穿透力較弱，從而降低了深層缺陷的檢測(cè)性能。

3. 反之，當(dāng)使用超過8個(gè)晶片激發(fā)時(shí)，由于激發(fā)晶片增加，導(dǎo)致晶片由于不在一條直線上而造成聚焦能力反而降低，信號(hào)被拉長(zhǎng)放大。

使用線陣探頭進(jìn)行相控陣扇形掃描的比較

該測(cè)試旨在比較環(huán)陣探頭與典型線控陣探頭的性能（圖11）。

圖11. OmniScan X3探傷儀上線陣探頭的波束示意圖

我們?cè)O(shè)法用線陣探頭和扇形掃描技術(shù)檢測(cè)螺栓中的所有缺陷；然而，這需要額外的步驟。 如果想檢測(cè)距離螺帽表面20 mm處的缺陷，有必要使用楔塊增加光束的入射角。 此外，該缺陷的信號(hào)和螺帽底面邊緣的信號(hào)靠得太近，無法對(duì)兩者進(jìn)行區(qū)分（圖12）。

圖12. 距離螺帽表面20 mm處缺陷的掃描結(jié)果。

如果想檢測(cè)距離螺帽表面80 mm和140 mm位置的缺陷，則需要使用不帶楔塊的探頭，以避免由于楔塊的固有回波影響檢測(cè)結(jié)果。 圖13顯示了距螺帽表面80 mm和140 mm處缺陷的掃描圖像。 然而，應(yīng)該指出的是，在檢測(cè)到缺陷后，必須旋轉(zhuǎn)探頭來檢測(cè)另一個(gè)缺陷。

圖13. 距離螺帽表面80 mm（左）和140 mm（右）處的缺陷結(jié)果。

PA環(huán)陣探頭的優(yōu)勢(shì)

該試驗(yàn)表明，環(huán)陣探頭相比于線陣探頭，具有其特有的優(yōu)勢(shì)：

1. 環(huán)陣探頭無需旋轉(zhuǎn)即可發(fā)現(xiàn)所有角度上的缺陷，而線陣探頭需要旋轉(zhuǎn)至少180°才能發(fā)現(xiàn)所有角度上的缺陷。

2. 環(huán)陣探頭無需使用楔塊即可發(fā)現(xiàn)近表面的螺帽與螺桿連接區(qū)域的缺陷，而線陣探頭需要使用楔塊來增大偏轉(zhuǎn)角度才能發(fā)現(xiàn)此處的近表面缺陷。

我們還根據(jù)結(jié)果推測(cè)，環(huán)陣探頭在中間有孔的螺栓上表現(xiàn)良好，但線陣探頭的波束可能會(huì)受到該特征的阻礙，從而無法檢測(cè)缺陷。 隨后的試驗(yàn)將在帶有中心孔的真實(shí)螺栓上進(jìn)行，以驗(yàn)證環(huán)陣探頭在這些類型螺栓上的優(yōu)勢(shì)。