背景

攪拌摩擦焊（FSW）技術(shù)被開發(fā)作為連接金屬（難以實(shí)施熔化焊，如鋁合金）的一種技術(shù)。獲得的焊縫質(zhì)量非常高并且材料結(jié)構(gòu)是一致的。然而，焊接過(guò)程可能產(chǎn)生小的，致密的缺陷難以被探測(cè)。

攪拌摩擦焊焊接過(guò)程不像大多數(shù)其它方法，它沒(méi)有液態(tài)焊接熔池。同樣的，在焊縫中潛在缺陷也是大不相同的。存在于這樣焊縫中的典型缺陷是未焊透、縮孔、密集氣孔和未融合。最后的一種缺陷類型是盡管材料已經(jīng)接觸在一起，但由于一層薄的氧化層存在從而阻止材料融化導(dǎo)致。此外，由于焊接過(guò)程中，缺陷可以在任何方向形成。伴隨著這種檢測(cè)技術(shù)，焊帽可能是非常粗糙的，因此使用標(biāo)準(zhǔn)Rexolite楔塊不是最好的選擇。

最好的方法是使用水耦合楔塊的超聲波相控陣檢測(cè)。由于焊縫形狀，光柵掃查是不實(shí)際的，但是對(duì)于相控陣，要檢測(cè)整個(gè)焊縫體積可以通過(guò)單次掃查完成。相控陣也允許橫向掃查以探測(cè)橫向缺陷。最優(yōu)化的檢測(cè)角度意味著最大的缺陷檢出率。增強(qiáng)相控陣的覆蓋區(qū)域可提供精確的缺陷尺寸和位置測(cè)量。高速，精確和通用性使得相控陣成為檢測(cè)攪拌摩擦焊的理想選擇。

設(shè)備

用于檢測(cè)的設(shè)備如下：

OmniScan  SX, MX2 16:64或16:128相控陣單元
10L64-FSW相控陣探頭
常規(guī)和橫向水耦合楔塊(SFSW-N45S-WHC和SFSW-L45S-WHC)
翼型掃查器、VersaMouse或mini-wheel編碼器
1個(gè)水泵

檢測(cè)設(shè)置

  

典型的注水楔塊

典型流程

由于缺陷可以處于任何方向，在足夠的信噪比下，單次掃查是不足以探測(cè)出所有的缺陷的。因此，焊縫將典型的被檢測(cè)與N45S楔塊在90度方向和與L45S楔塊在0度方向。

  

探頭位置：正常（90度）和橫向（0度）掃查

第一次在90度方向利用45度線性掃查。一個(gè)引導(dǎo)裝置可以被用作去保持探頭相對(duì)于整個(gè)焊縫線的偏移恒定。一個(gè)位置編碼器可以被依附在探頭上，以提供一個(gè)關(guān)于掃查軸的位置信息。在焊縫較薄情況下單次掃查將都能覆蓋焊縫根部和焊冠。對(duì)于較厚工件，有必要在不同的偏移位置共進(jìn)行兩次掃查，以便獲得對(duì)于焊縫區(qū)域的完整體積覆蓋。

楔塊延遲和材料聲速是被校準(zhǔn)過(guò)的，以便獲得相關(guān)的跳躍重疊指示（在下圖中的B0和T1）。閘門A（紅色）是被用作獲得C掃描。這個(gè)閘門位于第一次跳躍（B0）之前，第二次跳躍（T1）之后。

這個(gè)S-Scan圖像顯示的凹痕，代表焊縫兩端的根部反射，都出現(xiàn)在第一次跳躍（參考B0）。探頭位置允許完整的焊縫寬度同時(shí)被檢測(cè)。

然后在橫向（0°）方向重復(fù)這個(gè)過(guò)程。一個(gè)相似的引導(dǎo)裝置可以被用作在焊縫中線上居中放置探頭。沿著焊縫牽引探頭可以獲得一個(gè)線性掃查。由放置閘門在前壁噪聲和底面大的噪聲波之后產(chǎn)生C掃描。在閘門中根部貫穿表面的裂紋將引起最高的角落反射振幅。在噪聲區(qū)域來(lái)自焊冠的貫穿裂紋的角落反射回波將產(chǎn)生一個(gè)最大的穿過(guò)閘門外部的信號(hào)。然而，這個(gè)缺陷可以由閘門內(nèi)的尖端衍射回波被繪制。

S掃描顯示角落回波和一個(gè)在焊縫表面的橫向尖端裂紋回波。紅色閘門（A）起始僅僅在前壁引起的噪聲之后和終點(diǎn)僅僅在來(lái)自一次完整跳躍上表面噪聲之后。

結(jié)果

一個(gè)參考試塊包含一系列的軸向和橫向刻痕，使用如上的掃描方式顯示如下。作為在如下C掃描中看到的，這兩個(gè)檢測(cè)方法對(duì)于垂直和平行于焊縫所有的刻痕提供清晰的顯示。參考刻痕方向在45°時(shí)呈現(xiàn)出更大的挑戰(zhàn)。在這種情況下的探測(cè)能力取決于刻痕的深度和長(zhǎng)度。為了增強(qiáng)這種缺陷的探測(cè)能力，相控陣探頭傾斜放置在正向或負(fù)向45度的額外掃描可被執(zhí)行。這將明顯加強(qiáng)來(lái)自45度刻痕的反射振幅。

來(lái)自正常方向掃查的C掃描圖，顯示平行于焊縫的反射

來(lái)自橫向掃查C掃描圖，顯示垂直于焊縫的反射

掃查一旦被捕獲后，通過(guò)掃查光標(biāo)選擇一個(gè)位置，每個(gè)顯示都可以被復(fù)查。在那個(gè)位置被捕獲的A掃可以被顯示如下。

結(jié)論

脈沖回波法檢測(cè)攪拌摩擦焊可以探測(cè)所有體積的缺陷如裂紋、未焊透和未融合。使用橫向掃查，橫向缺陷也可以被探測(cè)。相控陣測(cè)試由選擇聚焦和折射角度來(lái)提供最優(yōu)化的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，并且在單次掃查中比單晶斜探頭更大的覆蓋范圍可以提供快速的檢測(cè)。