相控陣超聲檢驗(yàn)方法在石油管道環(huán)焊縫中的應(yīng)用

孔明

摘 要：相控陣超聲檢驗(yàn)對(duì)管道環(huán)焊縫的檢測(cè)具有檢測(cè)結(jié)果精確、缺陷檢出率高等特點(diǎn)，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)此，對(duì)相控陣系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了分析，并對(duì)比了相控陣超聲檢驗(yàn)與其他檢驗(yàn)方法的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：相控陣；超聲檢驗(yàn)；石油管道；環(huán)焊縫

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.26.144

隨著社會(huì)對(duì)石油的需求量的增加，石油管道的鋪設(shè)也逐年增加，管道泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的危害和損失，為保證管道的安全，對(duì)管道的環(huán)焊縫進(jìn)行檢測(cè)非常重要，目前最有效的石油管道環(huán)焊縫的檢測(cè)方法是相控陣超聲檢驗(yàn)。

1 相控陣系統(tǒng)的工作原理

1.1 波束聚焦原理

波聚焦主要是通過(guò)發(fā)射波束來(lái)實(shí)現(xiàn)的，波聚焦也是進(jìn)行檢測(cè)的主要技術(shù)。使用特定的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)是對(duì)晶片進(jìn)行控制，主要是改變晶片陣列，晶片的陣列改變其發(fā)射的波束也會(huì)改變。波束可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的功能，一方面是可以聚焦到預(yù)定的深度，另一方面可以向其他方向進(jìn)行發(fā)散。另外，不同排列形式的晶片所發(fā)射的波束也是不同的，例如有的陣列可以發(fā)射縱波，有的陣列可以發(fā)射橫波?？梢岳孟嗫仃囘@些功能來(lái)進(jìn)行多種類型的檢測(cè)作業(yè)。

1.2 焊縫的分區(qū)掃查設(shè)置

相控超聲檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中的重點(diǎn)是焊縫分區(qū)的掃查。首先要對(duì)焊縫的不同部位進(jìn)行分區(qū)，例如可以依據(jù)焊縫坡口形式和填充次數(shù)進(jìn)行分區(qū)，一般可以分為根部區(qū)、熱焊區(qū)、填充區(qū)等。在掃查時(shí)，可以把每個(gè)分區(qū)的高度設(shè)置為一到三毫米，每個(gè)不同區(qū)域要有與之相對(duì)應(yīng)的波束來(lái)掃查，也就是需要相對(duì)應(yīng)的晶片，以及晶片陣列。這種根據(jù)區(qū)域劃分的進(jìn)行掃查的叫作A掃。A掃采用聚焦聲束的掃查方法，利用焊縫中心線對(duì)焊縫進(jìn)行劃分區(qū)，有上、下游兩個(gè)通道，檢測(cè)結(jié)果顯示在掃查帶狀圖上。

1.3 系統(tǒng)設(shè)置

除了對(duì)焊縫分區(qū)要進(jìn)行檢測(cè)以外，針對(duì)焊縫兩側(cè)的部位也要進(jìn)行的特別檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)方式是采用常規(guī)超聲多探頭系統(tǒng)來(lái)掃查，但是需要探頭的數(shù)量較多，比較麻煩。如果采用相控陣系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的話，只需要采用很少的相控陣探頭就可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，這樣就節(jié)省了很多的常規(guī)探頭，節(jié)省了大量的材料。因此，使用相控陣系統(tǒng)可以節(jié)省大量的常規(guī)探頭，相控系統(tǒng)陣對(duì)多種坡口形式的焊縫檢查都比較適合。相控陣系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)，應(yīng)用軟件可以自動(dòng)完成檢測(cè)設(shè)置，使用十分方便。

1.4 系統(tǒng)焊縫掃查圖

相控陣超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的焊縫掃查圖中包含的內(nèi)容主要有各個(gè)區(qū)域的帶狀圖，體積通道、耦合通道以及TOFD通道。其中帶狀圖的作用是顯示的波幅和信號(hào)。這可以作為判斷反射體位置與大小的依據(jù)；體積通道可以對(duì)焊縫中存在的孔等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。TOFD通道的主要有兩個(gè)方面的作用，一方面是對(duì)信號(hào)的真?zhèn)芜M(jìn)行確定，另一方面是對(duì)缺陷進(jìn)行精確的定位。

2 相控技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 與X射線檢測(cè)技術(shù)的比較

與X射線檢測(cè)技術(shù)相比，相控技術(shù)具有很多的優(yōu)勢(shì)。（1）安全性高，無(wú)輻射。（2）相控技術(shù)的耦合劑的成分是水，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，更環(huán)保。（3）相控技術(shù)的檢測(cè)速度快，效率高，一般只需要三分鐘就可以完成檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果在較短時(shí)間內(nèi)可以得到；而X射線檢測(cè)需要的程序較多，需要較長(zhǎng)時(shí)間等待結(jié)果出來(lái)。（4）相控技術(shù)對(duì)缺陷的檢測(cè)能力比較強(qiáng)，可以對(duì)多種缺陷進(jìn)行有效的檢測(cè)，例如對(duì)面積型缺陷也有很好的效果；而X射線檢測(cè)對(duì)孔一類的缺陷比較敏感，而對(duì)面積型缺陷的檢測(cè)效果不好。（5）相控檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果更加精確，缺陷的情況可以詳細(xì)的檢測(cè)出來(lái)，例如缺陷的長(zhǎng)度、深度等；X射線只能檢測(cè)出缺陷的長(zhǎng)度。（6）相控技術(shù)使用水作為耦合劑，X射線的檢測(cè)還需要膠片、定影液等材料，其檢測(cè)成本比X射線成本要低。（7）相控技術(shù)檢測(cè)結(jié)果的儲(chǔ)存更加方便，檢測(cè)結(jié)果可以直接儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，不僅節(jié)省空間而且非常方便；而X射線底片還需要準(zhǔn)備特別用于儲(chǔ)存的空間，而且為避免底片失效，還需要對(duì)其采取有效的保護(hù)措施，使用不方便。

2.2 與手動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)的比較

（1）相控檢測(cè)技術(shù)速度更快，手動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)一旦焊縫的檢測(cè)需要一個(gè)小時(shí)。（2）相控檢測(cè)技術(shù)更加精確，手動(dòng)超聲檢測(cè)技術(shù)只能檢測(cè)出粗略進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果不精確。（3）相控技術(shù)檢出率更高，可以檢測(cè)出多種類型的缺陷。而手動(dòng)超聲波受檢測(cè)角度的固定，可以檢測(cè)缺陷類型少，適用范圍小。

3 結(jié)束語(yǔ)

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)與其他同類的檢測(cè)技術(shù)相比其功能更加強(qiáng)大，主要具有安全、快捷、環(huán)保、精確、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可以在石油管環(huán)道焊縫的檢測(cè)中推廣應(yīng)用，檢測(cè)效果良好，提高檢驗(yàn)效率，對(duì)保證石油管道的質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張宏亮，李佳，白振軍等.全自動(dòng)超聲檢測(cè)與射線檢測(cè)對(duì)管道環(huán)焊縫側(cè)壁未熔合缺陷的檢測(cè)能力.無(wú)損檢測(cè)，2016，（3）：2933.

[2]趙金蘭，雷俊杰，王高峰等.油氣輸送管道對(duì)接環(huán)焊縫缺陷檢測(cè)分析.焊管，2013，（11）：4347.

[3]張宏亮，李佳，白振軍等.全自動(dòng)超聲檢測(cè)與射線檢測(cè)對(duì)管道環(huán)焊縫側(cè)壁未熔合缺陷的檢測(cè)能力.無(wú)損檢測(cè)，2016，（3）：2933.