相控陣超聲檢驗方法在石油管道環焊縫中的應用

孔明

摘 要：相控陣超聲檢驗對管道環焊縫的檢測具有檢測結果精確、缺陷檢出率高等特點，目前已經得到了廣泛的應用。據此，對相控陣系統的工作原理進行了分析，并對比了相控陣超聲檢驗與其他檢驗方法的優勢。

關鍵詞：相控陣；超聲檢驗；石油管道；環焊縫

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.26.144

隨著社會對石油的需求量的增加，石油管道的鋪設也逐年增加，管道泄漏會造成嚴重的危害和損失，為保證管道的安全，對管道的環焊縫進行檢測非常重要，目前最有效的石油管道環焊縫的檢測方法是相控陣超聲檢驗。

1 相控陣系統的工作原理

1.1 波束聚焦原理

波聚焦主要是通過發射波束來實現的，波聚焦也是進行檢測的主要技術。使用特定的計算機軟件來是對晶片進行控制，主要是改變晶片陣列，晶片的陣列改變其發射的波束也會改變。波束可以實現兩個方面的功能，一方面是可以聚焦到預定的深度，另一方面可以向其他方向進行發散。另外，不同排列形式的晶片所發射的波束也是不同的，例如有的陣列可以發射縱波，有的陣列可以發射橫波。可以利用相控陣這些功能來進行多種類型的檢測作業。

1.2 焊縫的分區掃查設置

相控超聲檢測技術在應用中的重點是焊縫分區的掃查。首先要對焊縫的不同部位進行分區，例如可以依據焊縫坡口形式和填充次數進行分區，一般可以分為根部區、熱焊區、填充區等。在掃查時，可以把每個分區的高度設置為一到三毫米，每個不同區域要有與之相對應的波束來掃查，也就是需要相對應的晶片，以及晶片陣列。這種根據區域劃分的進行掃查的叫作A掃。A掃采用聚焦聲束的掃查方法，利用焊縫中心線對焊縫進行劃分區，有上、下游兩個通道，檢測結果顯示在掃查帶狀圖上。

1.3 系統設置

除了對焊縫分區要進行檢測以外，針對焊縫兩側的部位也要進行的特別檢測。傳統的檢測方式是采用常規超聲多探頭系統來掃查，但是需要探頭的數量較多，比較麻煩。如果采用相控陣系統進行檢測的話，只需要采用很少的相控陣探頭就可以實現同樣的功能，這樣就節省了很多的常規探頭，節省了大量的材料。因此，使用相控陣系統可以節省大量的常規探頭，相控系統陣對多種坡口形式的焊縫檢查都比較適合。相控陣系統利用計算機，應用軟件可以自動完成檢測設置，使用十分方便。

1.4 系統焊縫掃查圖

相控陣超聲波檢測系統的焊縫掃查圖中包含的內容主要有各個區域的帶狀圖，體積通道、耦合通道以及TOFD通道。其中帶狀圖的作用是顯示的波幅和信號。這可以作為判斷反射體位置與大小的依據；體積通道可以對焊縫中存在的孔等缺陷進行檢測。TOFD通道的主要有兩個方面的作用，一方面是對信號的真偽進行確定，另一方面是對缺陷進行精確的定位。

2 相控技術優勢

2.1 與X射線檢測技術的比較

與X射線檢測技術相比，相控技術具有很多的優勢。（1）安全性高，無輻射。（2）相控技術的耦合劑的成分是水，對環境沒有污染，更環保。（3）相控技術的檢測速度快，效率高，一般只需要三分鐘就可以完成檢測，檢測結果在較短時間內可以得到；而X射線檢測需要的程序較多，需要較長時間等待結果出來。（4）相控技術對缺陷的檢測能力比較強，可以對多種缺陷進行有效的檢測，例如對面積型缺陷也有很好的效果；而X射線檢測對孔一類的缺陷比較敏感，而對面積型缺陷的檢測效果不好。（5）相控檢測技術的檢測結果更加精確，缺陷的情況可以詳細的檢測出來，例如缺陷的長度、深度等；X射線只能檢測出缺陷的長度。（6）相控技術使用水作為耦合劑，X射線的檢測還需要膠片、定影液等材料，其檢測成本比X射線成本要低。（7）相控技術檢測結果的儲存更加方便，檢測結果可以直接儲存到計算機中，不僅節省空間而且非常方便；而X射線底片還需要準備特別用于儲存的空間，而且為避免底片失效，還需要對其采取有效的保護措施，使用不方便。

2.2 與手動超聲檢測技術的比較

（1）相控檢測技術速度更快，手動超聲檢測技術一旦焊縫的檢測需要一個小時。（2）相控檢測技術更加精確，手動超聲檢測技術只能檢測出粗略進行檢測，測量結果不精確。（3）相控技術檢出率更高，可以檢測出多種類型的缺陷。而手動超聲波受檢測角度的固定，可以檢測缺陷類型少，適用范圍小。

3 結束語

相控陣超聲檢測技術與其他同類的檢測技術相比其功能更加強大，主要具有安全、快捷、環保、精確、適用范圍廣等優點，可以在石油管環道焊縫的檢測中推廣應用，檢測效果良好，提高檢驗效率，對保證石油管道的質量具有重要意義。

參考文獻

[1]張宏亮，李佳，白振軍等.全自動超聲檢測與射線檢測對管道環焊縫側壁未熔合缺陷的檢測能力.無損檢測，2016，（3）：2933.

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