鋼管塔焊縫相控陣檢測技術設計及應用

史紅偉 孫建華 韓慶軍 鐘恩濤

摘要：如今我國的工業發展十分迅速，從以前的制造大國逐漸向質造大國轉變，我國對于工業鏟平的品質要求也越來越高，過去使用的檢測技術在對許多關鍵部件進行檢測時會對部件產生相應的損傷，影響產品的質量。近年來無損檢測技術的發展迅速，現在已經廣泛應用于檢測高品質的產品，保證產品的結構不會受到破壞以維持其性能穩定。現在，在軍事工業、航空航天等高端科技領域中無損檢測技術已經成為了不可或缺的一部分，現在對于鋼管塔的焊接品質要求越來越高，特別是對于電力行業的鋼管塔的品質檢測，也需要更好的檢測技術，超聲相控陣檢測技術作為一種常用的無損檢測技術在實際應用中很廣泛，本文探究該技術在電力行業鋼管塔焊縫中的技術設計與應用，為其實際應用提供一定的借鑒。

1.引言：

因為超聲檢測技術具有檢測范圍較大、檢測結果準確與檢測過程對人體不會造成損傷的有點，所以它是在所有常規的無損檢測技術中使用的最多的一種技術。該技術的發展也比較迅速，為了應對我國劇增的各種檢測對象，超聲相控陣技術被研究出并逐漸應用到工業產品的檢測中。傳統技術對鋼管塔的焊縫檢測效率較低、檢測結果不能進行保存并且對檢測人員的專業素養與經驗要求很高，而相控陣技術則克服了傳統檢測方法的缺點，為保證公司的產品質量提供保證。

2.相控陣超聲檢測技術

超聲相控陣技術的主要特點是多晶片探頭中各晶片的激勵均由計算機控制（如圖所示）。掃描聲束是聚焦的，能以鏡面反射方式檢出不同方位的缺陷。這些缺陷可能隨機分布在遠離聲束軸線的位置上。

相控陣單元控制結構示意圖

在信號激勵過程中，探傷儀將觸發信號傳送至相控陣控制器。后者將信號變換成特定的高壓電脈沖，脈沖寬度預先設定，而時間延遲由聚焦律界定。相控陣控制器在接收到回波信號后，根據接收到的聚焦定律轉換時間，并組合這些信號以形成脈沖信號，以傳輸到錯誤檢測器。為了產生具有相長干涉相位的聲束，陣列探針的每個單元都被電脈沖激發，并具有微小的時間差。在合并信號之前，每個換能器單元接收的回波信號之間存在時間差。信號會聚后形成的A掃描圖顯示材料中特定焦點的回波特性，以及材料其他點處各種衰減的回波特性。每個單元的延遲值取決于相控陣探頭上“窗口”的大小，模式，折射角和激勵單元的聚焦深度。

3.使用設備及廠家的介紹

本文所闡述的是根據國內某高新技術產業所生產的設備，該公司致力于超聲設備與超聲換能器的研究與制造，是一家高新技術產業的公司，且該公司的科研實力雄厚。通過 ISO 9001：2008 質量管理 體系認證、CE 標志和歐盟 EN-12668 標準符合性認證，屬國家認定的高新技術企 業之一。在 1-3 復合材料晶片、超聲相控陣設備和相陣探頭研制等多項前沿技術上均處于國內乃至國際領先水平。

4傳輸軟件的構成

該檢測傳輸軟件由傳輸軟件、數據處理與圖形轉化顯示軟件、數據計算的軟件和硬件控制軟件四個部分構成。

該軟件分為客戶端和服務器計算端，在軟件中還有一些程序能夠保證兩端能夠進行數據的傳輸與通訊。

5鋼管塔的焊縫缺陷

5.1缺陷評定

1）超過評定線的信號應根據缺陷3D視圖觀察其是否具有裂紋等危害性缺陷特征，如有懷疑時應采用缺陷尖端檢測分析功能對缺陷進行綜合判斷。

2）最大反射波幅位于Ⅱ區的缺陷，其指示長度小于10mm時按5mm計。

3）相鄰兩缺陷各向間距小于8mm時，兩缺陷指示長度之和作為單個缺陷的指示長度。

5.2檢驗結果的等級分類

1）最大反射波幅位于Ⅱ區的缺陷，根據缺陷指示長度按規定予以評級。

2）最大反射波幅不超過評定線的缺陷，評為Ⅰ級。

3）最大反射波幅不超過評定線的缺陷，檢驗者判定為裂紋等危害性缺陷時，無論波幅尺寸如何，均評為Ⅳ級。

4）反射波幅位于Ⅲ區的缺陷，無論其指示長度如何，均評為Ⅳ級。

6焊縫缺陷的定型方式

6.1缺陷位置：以獲得缺陷的最大反射波幅的位置為缺陷位置。缺陷位置信息主要包含深度（DA值）和水平（PA值）。

6.2缺陷長度：即缺陷起點和缺陷終點。平行線掃查時，采用評定線絕對靈敏度法按影像的實際輪廓測定缺陷指示長度。鋸齒形掃查時，當缺陷只有一一個高點時，采用6dB法測長;當缺陷有多個高點時，采用端點6dB法測長。

6.3缺陷自身高度：對于面狀缺陷，可在S掃描或D掃描視圖上采用6dB法測量缺陷自身高度，對于開口型裂紋缺陷的自身高度，可以采用端點衍射法進行測量。

7焊縫缺陷的測量方法

7.1評定線絕對靈敏度法：以缺陷左邊最后一個高于評定線高度的點記為缺陷左端點，以缺陷右邊最后一個高于評定線高度的點記為缺陷右端點，兩點之間距離為缺陷指示長度。

7.2 6dB法（半波高度法） ：移動探頭找到缺陷的最大反射波，然后沿著缺陷方向左右移動探頭，在左右兩端找到最大反射波--半波高位置的點記為左右端點，兩點之間的距離就是缺陷的指示長度。

8.討論

隨著我國工業化的不斷提升，工業水平的不斷提高，所生產的工業產品的品質不斷提高，并且現在對于產品的品質要求極高，不能產生損傷。而在對產品進行品質評價檢測的時候常常會對產品造成一定的損傷，影響產品的品質。所以無損的產品檢測技術應運而生，因為其優點明顯強于傳統的檢測方法，所以迅速占領了檢測市場。超聲檢測技術作為最常用的無損檢測技術具有檢查全面、對檢測人員沒有危害等特點，近年來超聲檢測技術發展迅速，相控陣檢測技術是一種新型的無損檢測技術，檢測范圍更加全面，檢測深入成都大，并且檢測效率較高，檢測的結果可以存儲保留。

鋼管塔的焊接工程量大，焊縫很多，一個焊縫的質量不過關都有可能造成巨大的損失，對于鋼管塔焊縫的檢測技術要求很高，要使檢測時對焊縫的損傷降到最少，首選技術即便是相控陣檢測技術，可以全面地檢查焊縫的質量，將焊縫分成很多層進行檢測，并且經過電腦生成圖像可以直觀的分析檢測結果。

該技術具有很好的市場，發展前景十分廣闊，比如1、相控陣成像技術在火電，水電，風電的超聲檢測得到業主認可，相控陣成像 效果好，檢測效率高，人為誤差小，還解決了葉根，葉片位置受限及常規超聲難 以解決的問題都通過相控陣得以解決;相控陣讓超聲檢測又提升了一個層次。 2、2018 年貴州晴隆管道發生問題;業主提出采用相控陣+TOFD 檢測;經過各 行業專家評定及認可后，在項目中廣泛采用，而且作為射線漏檢的鋪助檢測手段， 讓管道安全得以更好的保障。收益方面：每道焊口收費大概的價位為 ?1000.00～?1500;同時檢測每道口的時間僅需要五分鐘，降低了檢測人員的工作 強度，而且提升了檢測效率及準確率。

所以，該技術能夠促進工業水平的發展，也能促進加工工藝的提升，值得應用與推廣。

作者簡介：史紅偉? 男? 籍貫：河南周口? ?漢? ?本科? ?高級工程師? ?研究方向：輸配電及用電工程

參考文獻

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