鋼制對接焊縫中相控陣超聲技術(shù)應(yīng)用探討

陳磊磊

摘 要：隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，油氣產(chǎn)業(yè)中用到的設(shè)備、儀器、技術(shù)越來越先進(jìn)。作為油氣化工生產(chǎn)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，壓力管道、壓力容器的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。本文以針對焊縫中相控陣超聲技術(shù)為研究對象，闡述了該技術(shù)的基本概念和特點(diǎn)，然后應(yīng)用實(shí)例對相控陣超聲技術(shù)的進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：壓流管道;壓力容器;無損檢測技術(shù)

在石油化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)活動的開展過程當(dāng)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(tǒng)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(shù)發(fā)展迅速，如今已在管道焊縫檢測中普遍應(yīng)用。因此，針對壓力管道及壓力容器的相控陣超聲檢測技術(shù)的研究，十分有必要。

1 相控陣超聲檢測概念和特點(diǎn)

1.1 概念

相控陣成像是通過控制陣列換能器中各個(gè)陣元激勵(lì)脈沖的時(shí)間延遲，改變陣元發(fā)射聲波到達(dá)物體內(nèi)的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)聚焦和聲束方向的變化，從而完成相控陣波束合成，進(jìn)行成像掃描的技術(shù)。

相控陣探頭由若干個(gè)分列的小晶片組成，每個(gè)晶片的觸發(fā)時(shí)間都利用電子方法進(jìn)行控制，建立聚焦法則后通過電子設(shè)備控制每個(gè)陣列單元的發(fā)射和接收，由此可見，相控陣超聲技術(shù)的聚焦及角度偏轉(zhuǎn)都是通過控制發(fā)射脈沖的時(shí)間延時(shí)來產(chǎn)生，壓電芯片探頭受激勵(lì)后產(chǎn)生超聲波的聲束，通過計(jì)算機(jī)控制時(shí)間延時(shí)，其聲束、焦距及焦點(diǎn)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(chǎn)生漏檢，而相控陣探頭由多個(gè)小晶片構(gòu)成，不同的聲束角度保證了單個(gè)探頭就可以覆蓋全部焊縫的檢測區(qū)域。

1.2 特點(diǎn)

在實(shí)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(jīng)過焊縫參數(shù)及掃描參數(shù)設(shè)置，其一次入射波和一次反射波可以將整個(gè)焊縫截面覆蓋，焊縫的結(jié)構(gòu)圖像能直觀的顯示在屏幕上，檢測的時(shí)候可以沿掃描軸進(jìn)行掃查，避免了常規(guī)超聲檢測鋸齒形掃查時(shí)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(xiàn)場檢測時(shí)常配備編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，記錄后的成像圖內(nèi)包含：A掃描顯示：超聲波傳播時(shí)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(cè)視圖，掃描長度與掃描深度的圖像顯示。由此可見，其檢測結(jié)果更為全面，各維數(shù)據(jù)顯示全面，判定信息更加全面，焊縫構(gòu)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(jìn)行數(shù)據(jù)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(dāng)量的大小。

2 應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)如今，相控陣超聲技術(shù)由于其成本低，檢測數(shù)據(jù)全面，檢測速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在航空、鍋爐容器、油氣管道等工業(yè)檢測中廣泛使用?，F(xiàn)采用相控陣超聲技術(shù)對一鋼制對接焊接接頭進(jìn)行檢測：試板信息如下表1所示，線對該試板進(jìn)行超聲波檢測、相控陣超聲檢測、TOFD檢測，對檢測的結(jié)果進(jìn)行對比研究。

相控陣超聲檢測時(shí)使用頻率為5MHz的探頭，32線陣晶片探頭，39°楔塊，然后設(shè)置聚焦法則、焊縫參數(shù)，校準(zhǔn)聲速、角度補(bǔ)償，制作TCG曲線后對該試板進(jìn)行檢測。

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

3 分析對比

通過以上數(shù)據(jù)對比可以看出相控陣超聲檢測的優(yōu)點(diǎn)：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(dá)出缺陷的形態(tài)，這是其他三種檢測方法無法達(dá)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(shù)據(jù)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(shù)對人員的技術(shù)要求比較高。

4 結(jié)論

相控陣超聲檢測技術(shù)因其動態(tài)聚焦及靈活的角度偏轉(zhuǎn)，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(gòu)造及各維度掃描成像可以讓人易于理解?，F(xiàn)今相控陣超聲技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于航空、油氣管道等行業(yè)，以后會有更好的應(yīng)用發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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