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管道焊缝的全自动相控阵超声波检测技术

作者：闫军帅

来源：《中国科技博览》2016年第28期

[摘 ;要]全面阐述了管道焊缝全自动相控阵超声波检测（AUT）的工作机理，其方法主要有：分区扫查法、TOFD检测法、相控阵技术。系统分析了检测系统与调试步骤。利用对具体测试结果的研究得出，该方法针对海底管道、大壁厚长输管道环焊缝的检测具备一定的优点，例如检测效率高、对面积性缺陷检验率大、缺陷定位精准且显示具体等，所以其普及率高;不过对于AUT法来说，其针对手工焊打底、试块生产、手工焊焊缝等不兼容，同时具备调试过程繁琐、指导规则不完整、设备成本高等缺点。

[关键词]全自动相控阵超声波检测;管道焊缝;分区检测

中图分类号：D970 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0026-01 1 管道焊缝超声波检测历史和现状

现今，在中国市场中也出现了管道建设的大趋势，特别是海底管道、油气长输管道等项目的建设刚刚起步。这一类管道通常承载力大，再由于自身材料强度小，存在淬硬倾向，所以对管道焊缝质量明确了极为严格的规定;并且因为建设时期的特定需求，造成现场管道焊口的检测效率一定要与上焊接速率保持一致，此在海底管道建设时最为显著。一般最常见的射线检测技术因为流程复杂、时期长等，无法有效地降低检测时间。

对于管道焊接超声检测技术来说，其发展包括三大时期，且也涉及到三类检测方法。其一，在二十世纪九十年代之前，重点是选用相对传统的A型显示脉冲反射超声波探伤仪，大部分计算任务均是通过人工进行操作的，DAC曲线也是经人工进行描绘的，由于其工作量大、工作周期长，存在人为影响要素，其结果稳定性低，具体缺陷检测比小。其二，在二十世纪九十年代末期到2002年这一阶段中，则属于数字化超声波检测方法快速发展阶段，正处在一个重要位置上，与模拟检测方法相比，波形数字处理和传输真正地增强了检测效率及精确度，不过对于数字化及模拟检测方法来说，都是通过单发单收探头、A型脉冲波给予信号显示的。其三，从二十一世纪到目前，属于全自动超声波检测技术（AUT）的具体应用阶段。该技术融合了A扫描、超声衍射时差法（TOFD）、相控阵技术法、B扫描等方法，通过多通道（或多探头）分区法对焊缝给予分层测试，能够动态化地绘制出TOFD、双门带状A型、双门带状B型示意图，同时可以再次绘制焊缝的三维缺陷分布图，达到超声成像检测的目的。现今，AUT技术则是管道焊缝超声波检测的一个重要发展趋势。 2 AUT检测原理 2.1 TOFD检测技术

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TOFD技术是指利用由被检测物内在构成（缺陷）的端角与端点附近收集的衍射能量与在两个探头之间直接传播的表面波（横向波）与直达的内壁反射信号来对缺陷进行测试的一个技术。以此能够对缺陷长度等进行测试。 2.2 相控阵检测技术

对于相控阵检测技术而言，其换能器则代表着晶片的融合，通过脉冲按时形成的相位变化来调整波束方向、聚焦位点，对于其入射角、入射位置、聚焦等来说，均属于可调！ 2.3 分区扫查法

对于全自动超声波检测技术来说，则是按照焊缝壁厚、焊接填充频率、坡口型式等把其进行划分。其高度愈低，那么在进行缺陷检测的时候，其灵敏性愈强，不过不易调试;其高度愈大，那么会出现漏检危机;所以其高度最佳范围是2-3 mm。各分区的检测均是利用一组超声波声束进行下去的，其检测角度则是按照焊缝坡口角度、或许出现的缺陷来给予明确，例如全自动焊接期间极易形成同时风险最高的缺陷即为坡口没有融合，则要确保入射声束和坡口熔合线需要竖直排列。

3 管道检测图像显示与缺陷评测 3.1 图像显示

对于Pipe WIZARD PA系统来说，假若其输出的超声波数据形可以将焊缝从中端分裂。把焊缝两个探头的数据信息放在B扫描与中间TOFD图的两端，这主要有每个分区的图形显示通道（B扫描）、耦合监测通道（右侧）、双门带状图、周向定位标尺（左侧）与TOFD图像。

3.1.1 双门带状图

对于双门带状图来说，则是按照焊缝顺着厚度变化的分区增设，该图宽度受到高度的影响，承担的职责是对焊缝坡口面中的面积型缺陷（如坡口没有熔合等）等进行检测。尽管属于A扫描，不过因为分区法的特征及扫描方法的差异，各图能够确定两个门，即时间门、波幅门。同时其增设不一样的电平，唯有超过电平的时间色块、波幅线等方可给予明确。一般该图的时间门设置与熔合线相称，对此，通过时间信号在该图里的占比能够确定反射物在焊缝里的具体位点。

3.1.2 TOFD图像

TOFD图像是指用于记载图形里的灰色条状图，其职责是：对焊缝中端的面积型、体积型缺陷进行检测（例如气孔与没有熔合等）。其记载系统属于256级灰度表示，对于正、负相位来说，则是通过白色128级、黑色128级给予显示。

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3.1.3 B扫描显示

B扫描是指经非聚焦横波声束绘制而成，其职责是：对焊缝根部、盖帽等位置的体积型缺陷进行检测（例如气孔等）。其显示图的绘制和A扫描存在一定的关联，在选择不一样的颜色来显示A扫描里不一样的波幅的条件下，也就是能够绘制出相应的B扫描图。 3.1.4 周向定位标尺 其是指焊缝里的缺陷部位。 3.1.5 耦合监测通道

通过大角度单发单收的方法对全部探头的耦合状况进行检测，红色与绿色各指：耦合佳、耦合差。 3.2 缺陷研究

在系统对某一焊缝进行扫描后，AUT系统能够随机进行数据整理、分析，对于检测者而言，需要按照示意图、规划要求、标准技术等来对焊接水平进行评估。 4 小结

4.1 AUT检测的优点

（1）检测速率快，对于径长是508～ 1 016 mm的环焊缝来说，时间只有3～ 5 min，尤其是适合海底管道测定。

（2）AUT方法对全自动焊接形成的面积型缺陷灵敏度高。

（3）缺陷定位精准、检测率高，结果误差小（能够自动确定缺陷的尺寸、位点）。 （4）测定结果明确，能够进行动态展示。当扫描时能够对焊缝进行研究、评估。能够将其结果进行长期储存。规避X射线底片难携带、难储存等不足。满足车载需求，工作强度弱，没有污染及辐射。

（5）对射线不能穿射的大壁厚管道环焊缝、海底管道等灵敏度高、结果精确。 4.2 AUT检测的局限性

（1）受物件表层光滑性、工艺有效性、轨道建设精准性干扰大，不能进行手工焊接打底或焊缝检测等。