基于CⅠVA 仿真的小径管座角焊缝相控阵探头优化

张超才，陈 震，李士林

（厦门理工学院电气工程与自动化学院，福建 厦门361024）

1 引言

小径薄壁管座角焊缝因母管与支管管径、壁厚差异大，在焊接过程中易产生典型焊缝缺陷[1]。管座在长期服役过程中，由于角焊缝特殊结构，受力形式多样，易造成局部应力集中，并逐步开裂，产生疲劳裂纹等高危缺陷，将严重影响管座设备的安全。为此对小径薄壁管座角焊缝进行有效地无损检测，对设备安全运行具有重要意义。

常采用渗透、磁粉等方法对管座角焊缝表面、近表面进行检测。射线检测受角焊缝特殊结构、壁厚影响较大，易造成布片困难以及检测灵敏度低等问题[2]。对于内部缺陷，大多采用常规超声进行检测，受壁厚和曲率的影响，为了使超声声场覆盖整个管座角焊缝，需要用多种K 值探头到不同位置进行检测[3]。缺陷检出率不仅取决于检测仪器，还依赖于检测人员的综合能力。超声相控阵检测技术作为目前超声检测前沿技术，其检测效率、缺陷检出率、定性及定量精度等方面都比常规超声具有明显优势，特别对于复杂几何形状材料的检测[4]。但是，对于安放式小经薄壁管座角焊缝的检测，由于受焊缝特殊结构、壁厚、曲率等因素的影响，超声相控阵检测也存在一定局限性。

本文通过建立小径薄壁管座角焊缝3D 模型，利用CⅠVA仿真软件对相控阵探头频率、阵元间距、阵元数等参数进行声场仿真，揭示了各参数对声场的影响规律；并对阵元不同外型进行声场仿真，总结其变化规律及特征，从而得出检测小径薄壁管座角焊缝最优探头参数，有助于相控阵探头的定制以及检测工艺的制定。……