鋼制對接焊縫中相控陣超聲技術應用探討

陳磊磊

摘 要：隨著現代社會經濟的不斷發展，油氣產業中用到的設備、儀器、技術越來越先進。作為油氣化工生產系統中不可或缺的一部分，壓力管道、壓力容器的穩定性和可靠性至關重要。本文以針對焊縫中相控陣超聲技術為研究對象，闡述了該技術的基本概念和特點，然后應用實例對相控陣超聲技術的進行探究。

關鍵詞：壓流管道;壓力容器;無損檢測技術

在石油化工產業生產活動的開展過程當中，壓力管道、壓力容器是不可或缺的一部分。而針對壓力管道、壓力容器的的無損檢測方法，除了傳統檢測方法（超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測等）外，相控陣超聲檢測技術發展迅速，如今已在管道焊縫檢測中普遍應用。因此，針對壓力管道及壓力容器的相控陣超聲檢測技術的研究，十分有必要。

1 相控陣超聲檢測概念和特點

1.1 概念

相控陣成像是通過控制陣列換能器中各個陣元激勵脈沖的時間延遲，改變陣元發射聲波到達物體內的相位關系，實現聚焦和聲束方向的變化，從而完成相控陣波束合成，進行成像掃描的技術。

相控陣探頭由若干個分列的小晶片組成，每個晶片的觸發時間都利用電子方法進行控制，建立聚焦法則后通過電子設備控制每個陣列單元的發射和接收，由此可見，相控陣超聲技術的聚焦及角度偏轉都是通過控制發射脈沖的時間延時來產生，壓電芯片探頭受激勵后產生超聲波的聲束，通過計算機控制時間延時，其聲束、焦距及焦點尺寸各不相同。普通的超聲單晶探頭，由于其移動范圍及聲束角度有限，對方向不利或者偏離聲束軸線的缺陷很難檢出，容易產生漏檢，而相控陣探頭由多個小晶片構成，不同的聲束角度保證了單個探頭就可以覆蓋全部焊縫的檢測區域。

1.2 特點

在實際檢測過程中，其檢測頻率一般采用0.5～10MHz，檢測角度范圍在30°～75°之間，由圖3可以看出，經過焊縫參數及掃描參數設置，其一次入射波和一次反射波可以將整個焊縫截面覆蓋，焊縫的結構圖像能直觀的顯示在屏幕上，檢測的時候可以沿掃描軸進行掃查，避免了常規超聲檢測鋸齒形掃查時檢測范圍不足的情況，這對方向性缺陷的檢測和定量非常有利，且提高了檢測效率。

現場檢測時常配備編碼器進行實時記錄，記錄后的成像圖內包含：A掃描顯示：超聲波傳播時間或距離與反射波波幅的圖像顯示;B掃描信號：主視圖，即掃描寬度與掃描深度的顯示圖;S掃描顯示：即探頭前方焊縫橫截面的信息顯示;C掃描顯示：即俯視圖（類似射線拍攝視角）;D掃描顯示：側視圖，掃描長度與掃描深度的圖像顯示。由此可見，其檢測結果更為全面，各維數據顯示全面，判定信息更加全面，焊縫構造及缺陷位置、缺陷大小直觀。圖4可以直觀的看出缺陷在焊縫上的位置，通過軟件進行數據分析后可以提供出缺陷的水平位置、深度、長度、自身高度及缺陷當量的大小。

2 應用實例

現如今，相控陣超聲技術由于其成本低，檢測數據全面，檢測速度快，效率高等優點，已經在航空、鍋爐容器、油氣管道等工業檢測中廣泛使用?，F采用相控陣超聲技術對一鋼制對接焊接接頭進行檢測：試板信息如下表1所示，線對該試板進行超聲波檢測、相控陣超聲檢測、TOFD檢測，對檢測的結果進行對比研究。

相控陣超聲檢測時使用頻率為5MHz的探頭，32線陣晶片探頭，39°楔塊，然后設置聚焦法則、焊縫參數，校準聲速、角度補償，制作TCG曲線后對該試板進行檢測。

相控陣檢測圖5、6、7所示，檢測結果如表1。對該試塊進行超聲檢測、相控陣檢測及TOFD檢測后，結果見表2-表4。

3 分析對比

通過以上數據對比可以看出相控陣超聲檢測的優點：相對于超聲波檢測、TOFD檢測，相控陣超聲檢測可以直觀的看出缺陷位于焊縫上的位置，能夠形象的表達出缺陷的形態，這是其他三種檢測方法無法達到的;相控陣檢測可以提供缺陷深度、長度、自身高度等全面的數據及A掃、B掃、C掃等各維度信息，而超聲波檢測對于缺陷的自身高度測量比較難;相控陣的檢測成像圖較其他三種檢測方法容易理解和觀察，超聲波檢測、TOFD檢測技術對人員的技術要求比較高。

4 結論

相控陣超聲檢測技術因其動態聚焦及靈活的角度偏轉，使其檢測效率和靈敏度有了很大提高，其成像的直觀性，對于焊縫、缺陷等信息的構造及各維度掃描成像可以讓人易于理解。現今相控陣超聲技術已經大量應用于航空、油氣管道等行業，以后會有更好的應用發展。

參考文獻：

[1]李海華，趙立凡，郭興建等.應用超聲相控陣檢測技術對鋼制對接焊接接頭的檢測實例與分析研究[J].壓力容器， 2008，25（008）：10-15.

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