管道對接焊縫相控陣超聲檢測

張建平

【摘 要】 簡述了超聲相控檢測方法誕生的背景以及相對傳統(tǒng)超聲檢測方法的技術(shù)的優(yōu)勢，著重介紹了超聲相控陣技術(shù)在管道對接焊縫缺陷檢測中的應(yīng)用，并對超聲相控陣技術(shù)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】 超聲相控陣技術(shù) 管道對接焊縫 缺陷檢測

1 超聲相控陣檢測方法

1.1傳統(tǒng)超聲檢測方法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測發(fā)展為兩種檢測方法：傳統(tǒng)超聲檢測（UA）和超聲相控陣檢測（UPA）。 傳統(tǒng)超聲檢測的探頭中只有一個晶片，通過加不同角度的楔塊，使得聲束偏轉(zhuǎn)角度改變。這種方法起源于二十世紀(jì)四十年代，在五十年代時廣泛應(yīng)用于一些先進(jìn)國家的機械制造和造船工業(yè)等領(lǐng)域中。五十年代初期的研究側(cè)重于超聲探頭制作和材料的改良方面，提高了成像的分辨率。五十年代后期側(cè)重于超聲檢測儀的研制及超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定。六十年代，德國KrautKramer 公司成功研制了小型超聲波檢測儀，是超聲波檢測技術(shù)的一次飛躍。八十年代，微處理器在檢測系統(tǒng)的成功應(yīng)用標(biāo)志著數(shù)字超聲檢測時代的到來。隨著計算機技術(shù)和大規(guī)模集成電路以及信號處理技術(shù)的發(fā)展，超聲檢測由手動檢測向全自動檢測方向發(fā)展，進(jìn)一步提高了檢測效率。隨著檢測要求的提高，傳統(tǒng)超聲檢測的靈敏度也需要提高。

1.2超聲相控陣技術(shù)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)相比，超聲相控陣技術(shù)的優(yōu)勢是：

1、快速。相控陣線性掃查比常規(guī)探頭的光柵掃查要快很多，提高了檢測效率，同時也節(jié)省了費用。 檢測范圍廣：管徑從30mm到幾米，壁厚從3.5mm到400mm，都是他的檢測范圍。

2、靈活。單個相控陣探頭根據(jù)檢測要求采用不同的掃查方式就可以檢測不同的部件。

3、可進(jìn)行復(fù)雜檢測。通過檢測方案設(shè)計，相控陣可以檢測幾何形面復(fù)雜的試塊，例如檢測焊縫和槽等。可以保存圖譜數(shù)據(jù)：而且效率高，環(huán)保，有可記錄的留底數(shù)據(jù)，方便后期檢測缺陷擴展情況，檢測精度高。

4、陣列尺寸小。小晶片陣列的探頭在檢測中易于應(yīng)用，例如，用在檢測空間受到限制的管道，葉輪等工件中。 一次性成本：設(shè)備輕便，現(xiàn)場使用成本低，耗材少。

5、機械可靠性強。檢測時，若在工件上移動量越少，則檢測系統(tǒng)將越可靠。相控陣檢測用電子掃查代替機械掃查，既減少了磨損，同時也增加了系統(tǒng)的可靠性。

6、可檢測性增強。波束的聚焦增加了信噪比，對于方向難以辨別的缺陷，可檢測性明顯增強。例如，在扇形掃查中，大量的 A 掃數(shù)據(jù)增加了每個角度的分辨率，進(jìn)而增強了檢出率。

2檢測實施

2.1檢測標(biāo)識。每道被檢測的管道對接焊縫應(yīng)做好檢測標(biāo)識，水平走向的管道對接焊縫的起始標(biāo)記位于管子頂部;豎立走向的管道對接焊縫的起始標(biāo)記位于管子正南方;起始標(biāo)記宜用“0”表示，同時起始點還應(yīng)有掃查方向標(biāo)記，掃查方向標(biāo)記宜用箭頭表示，并宜沿管道焊縫編號由小至大走向順時針方向繪制，所有標(biāo)記應(yīng)對掃查結(jié)果無影響。

2.2掃查靈敏度。檢測深度為4～50mm時，將φ2×20橫孔回波幅度調(diào)至滿屏的90%高度，作為掃查靈敏度。

2.3掃查架。采用專用掃查架，掃查前應(yīng)根據(jù)工件情況和工藝要求，調(diào)整掃查架使其與被檢工件相適應(yīng)。

2.4掃查。采用沿線掃查+扇掃描相結(jié)合的掃查方式。根據(jù)水平零點校準(zhǔn)后數(shù)值確定探頭前端至焊縫中心線的水平距離放置探頭，并設(shè)置掃查線，按掃查線進(jìn)行掃查。

2.5掃查速度。掃查速度小于或等于最大掃查速度 vmax，同時應(yīng)保證耦合效果和滿足數(shù)據(jù)采集的要求。

2.6 圖譜存儲。掃查完成后，要根據(jù)管道規(guī)格、管線號、焊縫號、檢測面等編制文件名稱進(jìn)行保存，方便存儲和查找。圖譜存儲要求至少一式二份，防止數(shù)據(jù)文件丟失。

3檢測數(shù)據(jù)的分析和解釋

3.1 檢測數(shù)據(jù)的有效性評價

分析數(shù)據(jù)之前應(yīng)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估以確定其有效性，數(shù)據(jù)至少應(yīng)滿足如下要求：a）數(shù)據(jù)是基于掃查步進(jìn)的設(shè)置而采集的;b）采集的數(shù)據(jù)量滿足所檢測焊縫長度的要求;c）數(shù)據(jù)丟失量不得超過整個掃查的 5%，且不準(zhǔn)許相鄰數(shù)據(jù)連續(xù)丟失;d） 掃查圖像中耦合不良不得不超過整個掃查的5%，單個耦合不良長度不得超過2mm;e）若數(shù)據(jù)無效，應(yīng)糾正后重新進(jìn)行掃查。

3.2 顯示的分類

所有顯示均應(yīng)進(jìn)行分析，檢測人員應(yīng)結(jié)合焊接工藝、焊接位置、結(jié)構(gòu)型式、外觀情況（如錯口等）、材質(zhì)、規(guī)格、測厚結(jié)果等進(jìn)行綜合分析。

a）相關(guān)顯示：所有缺陷顯示為相關(guān)顯示;b）非相關(guān)顯示：所有非缺陷顯示為非相關(guān)顯示;c）當(dāng)檢測人員對顯示不能判定時，可以采用射線或其它檢測方法進(jìn)行補充檢測。

4 數(shù)據(jù)記錄和報告

檢測報告應(yīng)包括如下內(nèi)容：

a）委托單位;b）檢測標(biāo)準(zhǔn);c）被檢工件：名稱、編號、規(guī)格、材質(zhì)、坡口形式、焊接方法和熱處理狀況;d）檢測設(shè)備：儀器型號及編號、掃查裝置包括編碼器、試塊、耦合劑;e）檢測條件：檢測操作指導(dǎo)書編號、探頭參數(shù)及楔塊選擇、掃查方式（S或E）、聚焦法則的設(shè)定、檢測使用的波型、檢測系統(tǒng)的設(shè)置、溫度;f）檢測數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)文件名稱、缺陷位置與尺寸、質(zhì)量級別及缺陷部位的圖像（S掃描或B掃描等，以能夠真實反映缺陷情況為原則）;g）檢測結(jié)論;h）檢測人員和責(zé)任人員簽字;i）檢測日期。

5 結(jié)語

超聲相控陣檢測技術(shù)作為一種高速、精確的探傷方法不僅可用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與焊縫缺陷檢測， 還可用于鍛件和新型材料等的檢測， 該技術(shù)在壓力容器、航空航天和海洋平臺結(jié)構(gòu)等工業(yè)無損檢測領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 隋洪波，超聲相控陣檢測系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究：[碩士學(xué)位論文]，吉林大學(xué)，2003

[2] 蔣危平，王務(wù)同，超聲探傷發(fā)展簡史，無損檢測，1997，19（1）：24～25

[3] 李衍，便攜式超聲相控陣的應(yīng)用，無損檢測，2002，24（2）：69～71