大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷檢測研究

（河北省特種設備監督檢驗研究院 石家莊 050000）

隨著人們生活需求的提高，天然氣由于其自身特點日益得到廣泛應用，而用于運輸和儲存天然氣的大容積無縫鋼瓶也隨之大量涌現在國內市場上。該類特種設備在給人們帶來巨大效益和便利的同時也帶來了一系列風險，直接關系到廣大人民群眾的生命財產安全。根據其制造和使用特點，瓶肩部位不可避免出現折疊分層、裂紋及腐蝕缺陷，但到目前為止還沒有可靠有效的技術手段來對該部位進行檢測，使得該類氣瓶的存在很大的安全隱患。

1 提出大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷的新型檢測方法

大容積無縫氣瓶長度在10m左右，且瓶口狹小，一般無法采用磁粉或滲透等表面無損檢測方法對瓶肩部位內表面進行缺陷檢測。

因瓶肩部位厚度變化大（從瓶身到瓶口壁厚變化超過11mm），若采用射線檢測技術，其厚度差較大，檢測靈敏度不滿足標準要求，且該部位100%檢測時對檢測設備和時間要求較高，因此對該部位射線檢測方法不適用。

采用常規超聲波檢測方法對大容積無縫氣瓶的瓶肩部位檢測需要制定特殊復雜的檢測工藝，且對人員要求很高。具有適用性差、效率低、漏檢率高、定量誤差較大等局限性。

隨著計算機技術和信號處理技術的發展，新型超聲成像檢測技術——相控陣超聲檢測的應用不斷成熟，具有檢測精度高，檢測結果直觀等優點。

與傳統的超聲波檢測不同，相控陣檢測法通過各陣元發出聲束的有序疊加可以靈活地生成、偏轉及聚焦聲束，不需要更換探頭即可完成對目標區域的高分辨率檢測，且其特有的線性掃查、扇形掃查、動態聚焦等工作方式可在不移動或少移動探頭的情況下對不同厚度工件進行高效率檢測[1，2]。

考慮到相控陣檢測技術的優勢，本文提出了基于相控陣的大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷檢測方法，并對此做了大量試驗研究。

2 大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷檢測試驗對比研究

現定制材質為4130X的樣瓶，規格為φ559×25mm，在內壁線切割軸向和周向60°V型槽，缺陷長度24.5±0.1mm，缺陷深度1.0±0.05mm；φ2mm平底孔，缺陷深度2.5±0.1mm。分別模擬實際檢驗中瓶肩部位軸向、周向內表面開口線性缺陷和腐蝕凹坑內部缺陷。

圖1 瓶肩缺陷示意圖

首先筆者使用超聲波測厚儀對不同人工缺陷處進行測厚，從瓶口到瓶身，缺陷中心部位的厚度依次是33.4mm、28.0mm、26.2mm。

為驗證相控陣超聲波檢測技術定量的準確性，本文用常規超聲波檢測和相控陣檢測兩種方法[3，4]分別對軸向、周向和φ2mm平底孔不同壁厚的三處缺陷進行深度、長度檢測。

筆者首先使用兩種方法對檢測部位進行粗掃，使用常規超聲波檢測方法對3個點狀缺陷只檢出1個，對6個線狀缺陷檢出5個；使用相控陣對3個點狀缺陷能全部檢出，對6個線狀缺陷能全部發現。

以下列舉了兩種檢測方法的部分檢測結果：

圖2 常規超聲波檢測的缺陷波形

圖3 相控陣檢測的缺陷圖形

本次試驗得到的檢測數據見表1～表3。

通過試驗可知，相控陣檢測方法和常規超聲檢測對不同方向和不同壁厚處的缺陷均可發現。

此外，通過對以上三個表格的深度檢測數據分析，可見在軸向、周向和φ2mm平底孔不同壁厚處缺陷的深度定量誤差相控陣檢測方法均優于常規超聲檢測，具有較高的準確性；由表1和表2長度檢測數據分析，可見相控陣檢測方法在軸向和周向不同壁厚的三處缺陷的長度定量誤差同樣具有優勢。

表1 軸向60°V型槽缺陷檢測對比分析

表2 周向60°V型槽缺陷檢測對比分析

表3 φ2mm平底孔檢測

由表1可知，隨著壁厚變化增大，采用相控陣超聲波檢測技術和常規超聲檢測對軸向V型槽深度缺陷檢測的誤差均隨之增大，相控陣檢測深度誤差依次為：0.4mm、0.3mm、0.1mm，而常規超聲檢測深度誤差分別為：5.6mm、3.3mm、1.5mm；而常規超聲檢測長度誤差較相控陣超聲波檢測技術均大1mm；相較于軸向V型槽，通過表2可知，因壁厚變化的影響因素減小，相控陣檢測周向V型槽深度缺陷誤差基本沒有變化，而常規超聲檢測周向V型槽深度缺陷誤差分別為：3.8mm、3.1mm、2.0mm，誤差變化也相對較小。

3 結論

1）驗證了相控陣超聲檢測技術適用于大容積無縫鋼瓶瓶肩部位缺陷的檢測，且操作簡單、快捷、結果準確。

2）與常規超聲檢測信號相比，相控陣檢測圖像包含信息豐富，更有利于缺陷的識別和定量分析。

3）對比研究了常規超聲波檢測和相控陣超聲檢測對大容積無縫鋼瓶瓶肩部位缺陷檢測的精度和可靠性。

通過檢測數據分析，可以確定相控陣超聲檢測在深度定量上具有更高的精度和準確性。