基于超聲波相控陣無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在小口徑無(wú)縫鋼管上的應(yīng)用研究

張　黎（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司，河南　衡陽(yáng)　421001）

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基于超聲波相控陣無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在小口徑無(wú)縫鋼管上的應(yīng)用研究

張黎
（衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司，河南衡陽(yáng)421001）

摘要：本文介紹了超聲波相控陣技術(shù)原理，分析該技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)對(duì)小口徑無(wú)縫鋼管的檢測(cè)更具針對(duì)性，可以明顯提高缺陷檢出率與檢測(cè)速度。重點(diǎn)研究89機(jī)組在線2#線美國(guó)GE公司生產(chǎn)的ROWA240-6WTPAT型相控陣超聲波鋼管自動(dòng)分層測(cè)厚系統(tǒng)在小口徑無(wú)縫鋼管檢測(cè)上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超聲波相控陣；分層；測(cè)厚；小口徑無(wú)縫鋼管；探傷

0. 概述

超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)超聲成像領(lǐng)域。由于該系統(tǒng)復(fù)雜且制作成本高，因而在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)方面的應(yīng)用受到限制。近年來(lái)，超聲相控陣技術(shù)以其靈活的聲束偏轉(zhuǎn)及聚焦性能越來(lái)越引起人們的重視。由于壓電復(fù)合材料、納秒級(jí)脈沖信號(hào)控制、數(shù)據(jù)處理分析、軟件技術(shù)及計(jì)算機(jī)模擬等多種高新技術(shù)在超聲相控陣成像領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用，使得超聲波相控陣技術(shù)得到快速發(fā)展，逐漸應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)。

1. ROWA240-6WT PAT型GE相控陣超聲波鋼管自動(dòng)分層測(cè)厚設(shè)備簡(jiǎn)介

89機(jī)組在線2#線管體超聲分層測(cè)厚設(shè)備是美國(guó)GE公司生產(chǎn)的ROWA240-6WTPAT型相控陣超聲波鋼管自動(dòng)分層測(cè)厚系統(tǒng)。本套設(shè)備包含測(cè)厚分層檢測(cè)主機(jī)、主機(jī)進(jìn)/出平臺(tái)、中心線導(dǎo)向裝置、6組相控陣探頭、前端電子、后端電子、供水系統(tǒng)、導(dǎo)套及橡膠密封、控制系統(tǒng)等。

1.1探頭布置及主要參數(shù)

1.1.1探頭布置

該系統(tǒng)共有6個(gè)相控陣探頭陣列，成環(huán)狀布置，分為2列，2列的探頭交錯(cuò)布置。探頭陣列其布置如圖1所示。

1.1.2探頭陣列主要參數(shù)

探頭陣列含6組相控陣探頭，每個(gè)相控陣探頭由126個(gè)晶片組成，每個(gè)晶片尺寸為1.15×12.5mm。每個(gè)虛擬探頭最多由16個(gè)晶片組成，每個(gè)虛擬探頭的最大重復(fù)頻率為20kHz。

1.2檢測(cè)能力

檢測(cè)外徑：32mm～115mm

壁厚范圍：3mm～16mm

壁厚靜態(tài)測(cè)量精度：±0.03mm

壁厚動(dòng)態(tài)測(cè)量精度：±0.05mm

壁厚減?。?5mm（L）×25mm（W）×12.5%WT（D）

夾層缺陷：Φ6.3mm平底孔，當(dāng)壁厚大于等于6mm時(shí)，夾層缺陷深度介于1/4～1/2壁厚深度，夾層最小深度為2mm。當(dāng)壁厚介于4mm～6mm之間，則夾層缺陷深度介于距離外表面3mm和距離內(nèi)表面1mm之間。

管端盲區(qū)：200mm；

檢測(cè)覆蓋率：大于100%；

檢測(cè)速度：0.8m/s～1.5m/s；

i.壁厚檢測(cè)：1.5m/s；

圖1相控陣探頭布置及儀器結(jié)構(gòu)示意圖

ii.壁厚+分層檢測(cè)：0.8m/s。

2. 超聲測(cè)厚和分層檢測(cè)原理

壁厚檢測(cè)：聲束垂直入射鋼管。壁厚檢測(cè)原理如圖2所示，通過(guò)測(cè)量超聲波在鋼管內(nèi)外壁之間的傳播時(shí)間來(lái)測(cè)量鋼管的壁厚。

圖2壁厚檢測(cè)原理

分層檢測(cè)：聲束垂直入射鋼管。分層探傷原理如圖3所示，測(cè)量閘門C設(shè)在界面波IF和一次底波A之間，用樣管校準(zhǔn)閘門的位置和幅度。

圖3分層檢測(cè)原理

3. 測(cè)試小口徑無(wú)縫鋼管樣管

測(cè)試采用Φ88.90×4.50mm樣管，樣管圖及人工傷信息如圖4所示。

圖4樣管圖及人工傷信息

測(cè)試結(jié)果及重復(fù)性：在做完靜態(tài)校驗(yàn)且動(dòng)態(tài)校驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上，運(yùn)行鋼管25次，記錄缺陷的檢出情況，無(wú)漏報(bào)。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5壁厚檢測(cè)和分層檢測(cè)波形

結(jié)論

（1）超聲波相控陣技術(shù)對(duì)工件的檢測(cè)更具針對(duì)性，可以明顯提高分層缺陷檢出率與檢測(cè)速度，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果精確。

（2）89機(jī)組在線2#線超聲測(cè)厚分層檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)Φ6mm的分層缺陷，能夠?qū)︿摴艿谋诤襁M(jìn)行有效的檢測(cè)跟蹤?？捎糜跈z測(cè)API5CT、API5L、GB28884及相似要求的鋼管。

參考文獻(xiàn)

［1］API5CT（9th）油套管標(biāo)準(zhǔn)和API5L （45th）管線管標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］鄭暉，林樹青，等.超聲檢測(cè)［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008：7-10.

中圖分類號(hào)：TB559

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A