管道焊縫的全自動相控陣超聲波檢測技術(shù)

[摘 ?要]全面闡述了管道焊縫全自動相控陣超聲波檢測（AUT）的工作機理，其方法主要有：分區(qū)掃查法、TOFD檢測法、相控陣技術(shù)。系統(tǒng)分析了檢測系統(tǒng)與調(diào)試步驟。利用對具體測試結(jié)果的研究得出，該方法針對海底管道、大壁厚長輸管道環(huán)焊縫的檢測具備一定的優(yōu)點，例如檢測效率高、對面積性缺陷檢驗率大、缺陷定位精準(zhǔn)且顯示具體等，所以其普及率高;不過對于AUT法來說，其針對手工焊打底、試塊生產(chǎn)、手工焊焊縫等不兼容，同時具備調(diào)試過程繁瑣、指導(dǎo)規(guī)則不完整、設(shè)備成本高等缺點。

[關(guān)鍵詞]全自動相控陣超聲波檢測;管道焊縫;分區(qū)檢測

中圖分類號：D970 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）28-0026-01

1 管道焊縫超聲波檢測歷史和現(xiàn)狀

現(xiàn)今，在中國市場中也出現(xiàn)了管道建設(shè)的大趨勢，特別是海底管道、油氣長輸管道等項目的建設(shè)剛剛起步。這一類管道通常承載力大，再由于自身材料強度小，存在淬硬傾向，所以對管道焊縫質(zhì)量明確了極為嚴(yán)格的規(guī)定;并且因為建設(shè)時期的特定需求，造成現(xiàn)場管道焊口的檢測效率一定要與上焊接速率保持一致，此在海底管道建設(shè)時最為顯著。一般最常見的射線檢測技術(shù)因為流程復(fù)雜、時期長等，無法有效地降低檢測時間。

對于管道焊接超聲檢測技術(shù)來說，其發(fā)展包括三大時期，且也涉及到三類檢測方法。其一，在二十世紀(jì)九十年代之前，重點是選用相對傳統(tǒng)的A型顯示脈沖反射超聲波探傷儀，大部分計算任務(wù)均是通過人工進行操作的，DAC曲線也是經(jīng)人工進行描繪的，由于其工作量大、工作周期長，存在人為影響要素，其結(jié)果穩(wěn)定性低，具體缺陷檢測比小。其二，在二十世紀(jì)九十年代末期到2002年這一階段中，則屬于數(shù)字化超聲波檢測方法快速發(fā)展階段，正處在一個重要位置上，與模擬檢測方法相比，波形數(shù)字處理和傳輸真正地增強了檢測效率及精確度，不過對于數(shù)字化及模擬檢測方法來說，都是通過單發(fā)單收探頭、A型脈沖波給予信號顯示的。其三，從二十一世紀(jì)到目前，屬于全自動超聲波檢測技術(shù)（AUT）的具體應(yīng)用階段。該技術(shù)融合了A掃描、超聲衍射時差法（TOFD）、相控陣技術(shù)法、B掃描等方法，通過多通道（或多探頭）分區(qū)法對焊縫給予分層測試，能夠動態(tài)化地繪制出TOFD、雙門帶狀A(yù)型、雙門帶狀B型示意圖，同時可以再次繪制焊縫的三維缺陷分布圖，達到超聲成像檢測的目的?，F(xiàn)今，AUT技術(shù)則是管道焊縫超聲波檢測的一個重要發(fā)展趨勢。

2 AUT檢測原理

2.1 TOFD檢測技術(shù)

TOFD技術(shù)是指利用由被檢測物內(nèi)在構(gòu)成（缺陷）的端角與端點附近收集的衍射能量與在兩個探頭之間直接傳播的表面波（橫向波）與直達的內(nèi)壁反射信號來對缺陷進行測試的一個技術(shù)。以此能夠?qū)θ毕蓍L度等進行測試。

2.2 相控陣檢測技術(shù)

對于相控陣檢測技術(shù)而言，其換能器則代表著晶片的融合，通過脈沖按時形成的相位變化來調(diào)整波束方向、聚焦位點，對于其入射角、入射位置、聚焦等來說，均屬于可調(diào)！

2.3 分區(qū)掃查法

對于全自動超聲波檢測技術(shù)來說，則是按照焊縫壁厚、焊接填充頻率、坡口型式等把其進行劃分。其高度愈低，那么在進行缺陷檢測的時候，其靈敏性愈強，不過不易調(diào)試;其高度愈大，那么會出現(xiàn)漏檢危機;所以其高度最佳范圍是2-3 mm。各分區(qū)的檢測均是利用一組超聲波聲束進行下去的，其檢測角度則是按照焊縫坡口角度、或許出現(xiàn)的缺陷來給予明確，例如全自動焊接期間極易形成同時風(fēng)險最高的缺陷即為坡口沒有融合，則要確保入射聲束和坡口熔合線需要豎直排列。

3 管道檢測圖像顯示與缺陷評測

3.1 圖像顯示

對于Pipe WIZARD PA系統(tǒng)來說，假若其輸出的超聲波數(shù)據(jù)形可以將焊縫從中端分裂。把焊縫兩個探頭的數(shù)據(jù)信息放在B掃描與中間TOFD圖的兩端，這主要有每個分區(qū)的圖形顯示通道（B掃描）、耦合監(jiān)測通道（右側(cè)）、雙門帶狀圖、周向定位標(biāo)尺（左側(cè)）與TOFD圖像。

3.1.1 雙門帶狀圖

對于雙門帶狀圖來說，則是按照焊縫順著厚度變化的分區(qū)增設(shè)，該圖寬度受到高度的影響，承擔(dān)的職責(zé)是對焊縫坡口面中的面積型缺陷（如坡口沒有熔合等）等進行檢測。盡管屬于A掃描，不過因為分區(qū)法的特征及掃描方法的差異，各圖能夠確定兩個門，即時間門、波幅門。同時其增設(shè)不一樣的電平，唯有超過電平的時間色塊、波幅線等方可給予明確。一般該圖的時間門設(shè)置與熔合線相稱，對此，通過時間信號在該圖里的占比能夠確定反射物在焊縫里的具體位點。

3.1.2 TOFD圖像

TOFD圖像是指用于記載圖形里的灰色條狀圖，其職責(zé)是：對焊縫中端的面積型、體積型缺陷進行檢測（例如氣孔與沒有熔合等）。其記載系統(tǒng)屬于256級灰度表示，對于正、負(fù)相位來說，則是通過白色128級、黑色128級給予顯示。

3.1.3 B掃描顯示

B掃描是指經(jīng)非聚焦橫波聲束繪制而成，其職責(zé)是：對焊縫根部、蓋帽等位置的體積型缺陷進行檢測（例如氣孔等）。其顯示圖的繪制和A掃描存在一定的關(guān)聯(lián)，在選擇不一樣的顏色來顯示A掃描里不一樣的波幅的條件下，也就是能夠繪制出相應(yīng)的B掃描圖。

3.1.4 周向定位標(biāo)尺

其是指焊縫里的缺陷部位。

3.1.5 耦合監(jiān)測通道

通過大角度單發(fā)單收的方法對全部探頭的耦合狀況進行檢測，紅色與綠色各指：耦合佳、耦合差。

3.2 缺陷研究

在系統(tǒng)對某一焊縫進行掃描后，AUT系統(tǒng)能夠隨機進行數(shù)據(jù)整理、分析，對于檢測者而言，需要按照示意圖、規(guī)劃要求、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等來對焊接水平進行評估。

4 小結(jié)

4.1 AUT檢測的優(yōu)點

（1）檢測速率快，對于徑長是508～ 1 016 mm的環(huán)焊縫來說，時間只有3～ 5 min，尤其是適合海底管道測定。

（2）AUT方法對全自動焊接形成的面積型缺陷靈敏度高。

（3）缺陷定位精準(zhǔn)、檢測率高，結(jié)果誤差?。軌蜃詣哟_定缺陷的尺寸、位點）。

（4）測定結(jié)果明確，能夠進行動態(tài)展示。當(dāng)掃描時能夠?qū)缚p進行研究、評估。能夠?qū)⑵浣Y(jié)果進行長期儲存。規(guī)避X射線底片難攜帶、難儲存等不足。滿足車載需求，工作強度弱，沒有污染及輻射。

（5）對射線不能穿射的大壁厚管道環(huán)焊縫、海底管道等靈敏度高、結(jié)果精確。

4.2 AUT檢測的局限性

（1）受物件表層光滑性、工藝有效性、軌道建設(shè)精準(zhǔn)性干擾大，不能進行手工焊接打底或焊縫檢測等。

（2）壁厚、規(guī)格不一樣且物件的焊縫必須不一樣的試塊給予校正

（3）設(shè)備調(diào)節(jié)步驟繁瑣，精準(zhǔn)度對其結(jié)果干擾大。

（4）無完整的因缺陷部消磨及再焊引起的返工焊口超聲檢測。

（5）對于西氣東輸?shù)腁UT標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)而言，對TOFD檢測法并無具體的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（6）現(xiàn)今高端裝備的車載方法無法進行山區(qū)段檢測。對于川氣東輸而言，則是因為地形問題造成AUT方法不適宜。

（7）先進設(shè)備成本高。

參考文獻：

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作者簡介：

閆軍帥（1990—），男，山東濱州，助理工程師，研究方向：AUT應(yīng)用。