管道对接焊缝相控阵超声检测

张建平

【摘 要】 简述了超声相控检测方法诞生的背景以及相对传统超声检测方法的技术的优势，着重介绍了超声相控阵技术在管道对接焊缝缺陷检测中的应用，并对超声相控阵技术应用前景进行了展望。

【关键词】 超声相控阵技术 管道对接焊缝 缺陷检测

1 超声相控阵检测方法

1.1传统超声检测方法

随着科学技术的发展，超声波检测发展为两种检测方法：传统超声检测（UA）和超声相控阵检测（UPA）。 传统超声检测的探头中只有一个晶片，通过加不同角度的楔块，使得声束偏转角度改变。这种方法起源于二十世纪四十年代，在五十年代时广泛应用于一些先进国家的机械制造和造船工业等领域中。五十年代初期的研究侧重于超声探头制作和材料的改良方面，提高了成像的分辨率。五十年代后期侧重于超声检测仪的研制及超声检测标准的制定。六十年代，德国KrautKramer 公司成功研制了小型超声波检测仪，是超声波检测技术的一次飞跃。八十年代，微处理器在检测系统的成功应用标志着数字超声检测时代的到来。随着计算机技术和大规模集成电路以及信号处理技术的发展，超声检测由手动检测向全自动检测方向发展，进一步提高了检测效率。随着检测要求的提高，传统超声检测的灵敏度也需要提高。

1.2超声相控阵技术的优势

与传统超声检测技术相比，超声相控阵技术的优势是：

1、快速。相控阵线性扫查比常规探头的光栅扫查要快很多，提高了检测效率，同时也节省了费用。 检测范围广：管径从30mm到几米，壁厚从3.5mm到400mm，都是他的检测范围。

2、灵活。单个相控阵探头根据检测要求采用不同的扫查方式就可以检测不同的部件。

3、可进行复杂检测。通过检测方案设计，相控阵可以检测几何形面复杂的试块，例如检测焊缝和槽等。可以保存图谱数据：而且效率高，环保，有可记录的留底数据，方便后期检测缺陷扩展情况，检测精度高。

4、阵列尺寸小。小晶片阵列的探头在检测中易于应用，例如，用在检测空间受到限制的管道，叶轮等工件中。 一次性成本：设备轻便，现场使用成本低，耗材少。

5、机械可靠性强。检测时，若在工件上移动量越少，则检测系统将越可靠。相控阵检测用电子扫查代替机械扫查，既减少了磨损，同时也增加了系统的可靠性。

6、可检测性增强。波束的聚焦增加了信噪比，对于方向难以辨别的缺陷，可检测性明显增强。例如，在扇形扫查中，大量的 A 扫数据增加了每个角度的分辨率，进而增强了检出率。

2检测实施

2.1检测标识。每道被检测的管道对接焊缝应做好检测标识，水平走向的管道对接焊缝的起始标记位于管子顶部;竖立走向的管道对接焊缝的起始标记位于管子正南方;起始标记宜用“0”表示，同时起始点还应有扫查方向标记，扫查方向标记宜用箭头表示，并宜沿管道焊缝编号由小至大走向顺时针方向绘制，所有标记应对扫查结果无影响。

2.2扫查灵敏度。检测深度为4～50mm时，将φ2×20横孔回波幅度调至满屏的90%高度，作为扫查灵敏度。

2.3扫查架。采用专用扫查架，扫查前应根据工件情况和工艺要求，调整扫查架使其与被检工件相适应。

2.4扫查。采用沿线扫查+扇扫描相结合的扫查方式。根据水平零点校准后数值确定探头前端至焊缝中心线的水平距离放置探头，并設置扫查线，按扫查线进行扫查。

2.5扫查速度。扫查速度小于或等于最大扫查速度 vmax，同时应保证耦合效果和满足数据采集的要求。

2.6 图谱存储。扫查完成后，要根据管道规格、管线号、焊缝号、检测面等编制文件名称进行保存，方便存储和查找。图谱存储要求至少一式二份，防止数据文件丢失。

3检测数据的分析和解释

3.1 检测数据的有效性评价

分析数据之前应对所采集的数据进行评估以确定其有效性，数据至少应满足如下要求：a）数据是基于扫查步进的设置而采集的;b）采集的数据量满足所检测焊缝长度的要求;c）数据丢失量不得超过整个扫查的 5%，且不准许相邻数据连续丢失;d） 扫查图像中耦合不良不得不超过整个扫查的5%，单个耦合不良长度不得超过2mm;e）若数据无效，应纠正后重新进行扫查。

3.2 显示的分类

所有显示均应进行分析，检测人员应结合焊接工艺、焊接位置、结构型式、外观情况（如错口等）、材质、规格、测厚结果等进行综合分析。

a）相关显示：所有缺陷显示为相关显示;b）非相关显示：所有非缺陷显示为非相关显示;c）当检测人员对显示不能判定时，可以采用射线或其它检测方法进行补充检测。

4 数据记录和报告

检测报告应包括如下内容：

a）委托单位;b）检测标准;c）被检工件：名称、编号、规格、材质、坡口形式、焊接方法和热处理状况;d）检测设备：仪器型号及编号、扫查装置包括编码器、试块、耦合剂;e）检测条件：检测操作指导书编号、探头参数及楔块选择、扫查方式（S或E）、聚焦法则的设定、检测使用的波型、检测系统的设置、温度;f）检测数据：数据文件名称、缺陷位置与尺寸、质量级别及缺陷部位的图像（S扫描或B扫描等，以能够真实反映缺陷情况为原则）;g）检测结论;h）检测人员和责任人员签字;i）检测日期。

5 结语

超声相控阵检测技术作为一种高速、精确的探伤方法不仅可用于医学领域与焊缝缺陷检测， 还可用于锻件和新型材料等的检测， 该技术在压力容器、航空航天和海洋平台结构等工业无损检测领域具有良好的应用前景。

【参考文献】

[1] 隋洪波，超声相控阵检测系统相关技术研究：[硕士学位论文]，吉林大学，2003

[2] 蒋危平，王务同，超声探伤发展简史，无损检测，1997，19（1）：24～25

[3] 李衍，便携式超声相控阵的应用，无损检测，2002，24（2）：69～71