相控阵超声检验方法在石油管道环焊缝中的应用

孔明

摘 要：相控阵超声检验对管道环焊缝的检测具有检测结果精确、缺陷检出率高等特点，目前已经得到了广泛的应用。据此，对相控阵系统的工作原理进行了分析，并对比了相控阵超声检验与其他检验方法的优势。

关键词：相控阵；超声检验；石油管道；环焊缝

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.26.144

随着社会对石油的需求量的增加，石油管道的铺设也逐年增加，管道泄漏会造成严重的危害和损失，为保证管道的安全，对管道的环焊缝进行检测非常重要，目前最有效的石油管道环焊缝的检测方法是相控阵超声检验。

1 相控阵系统的工作原理

1.1 波束聚焦原理

波聚焦主要是通过发射波束来实现的，波聚焦也是进行检测的主要技术。使用特定的计算机软件来是对晶片进行控制，主要是改变晶片阵列，晶片的阵列改变其发射的波束也会改变。波束可以实现两个方面的功能，一方面是可以聚焦到预定的深度，另一方面可以向其他方向进行发散。另外，不同排列形式的晶片所发射的波束也是不同的，例如有的阵列可以发射纵波，有的阵列可以发射横波。可以利用相控阵这些功能来进行多种类型的检测作业。

1.2 焊缝的分区扫查设置

相控超声检测技术在应用中的重点是焊缝分区的扫查。首先要对焊缝的不同部位进行分区，例如可以依据焊缝坡口形式和填充次数进行分区，一般可以分为根部区、热焊区、填充区等。在扫查时，可以把每个分区的高度设置为一到三毫米，每个不同区域要有与之相对应的波束来扫查，也就是需要相对应的晶片，以及晶片阵列。这种根据区域划分的进行扫查的叫作A扫。A扫采用聚焦声束的扫查方法，利用焊缝中心线对焊缝进行划分区，有上、下游两个通道，检测结果显示在扫查带状图上。

1.3 系统设置

除了对焊缝分区要进行检测以外，针对焊缝两侧的部位也要进行的特别检测。传统的检测方式是采用常规超声多探头系统来扫查，但是需要探头的数量较多，比较麻烦。如果采用相控阵系统进行检测的话，只需要采用很少的相控阵探头就可以实现同样的功能，这样就节省了很多的常规探头，节省了大量的材料。因此，使用相控阵系统可以节省大量的常规探头，相控系统阵对多种坡口形式的焊缝检查都比较适合。相控阵系统利用计算机，应用软件可以自动完成检测设置，使用十分方便。

1.4 系统焊缝扫查图

相控阵超声波检测系统的焊缝扫查图中包含的内容主要有各个区域的带状图，体积通道、耦合通道以及TOFD通道。其中带状图的作用是显示的波幅和信号。这可以作为判断反射体位置与大小的依据；体积通道可以对焊缝中存在的孔等缺陷进行检测。TOFD通道的主要有两个方面的作用，一方面是对信号的真伪进行确定，另一方面是对缺陷进行精确的定位。

2 相控技术优势

2.1 与X射线检测技术的比较

与X射线检测技术相比，相控技术具有很多的优势。（1）安全性高，无辐射。（2）相控技术的耦合剂的成分是水，对环境没有污染，更环保。（3）相控技术的检测速度快，效率高，一般只需要三分钟就可以完成检测，检测结果在较短时间内可以得到；而X射线检测需要的程序较多，需要较长时间等待结果出来。（4）相控技术对缺陷的检测能力比较强，可以对多种缺陷进行有效的检测，例如对面积型缺陷也有很好的效果；而X射线检测对孔一类的缺陷比较敏感，而对面积型缺陷的检测效果不好。（5）相控检测技术的检测结果更加精确，缺陷的情况可以详细的检测出来，例如缺陷的长度、深度等；X射线只能检测出缺陷的长度。（6）相控技术使用水作为耦合剂，X射线的检测还需要胶片、定影液等材料，其检测成本比X射线成本要低。（7）相控技术检测结果的储存更加方便，检测结果可以直接储存到计算机中，不仅节省空间而且非常方便；而X射线底片还需要准备特别用于储存的空间，而且为避免底片失效，还需要对其采取有效的保护措施，使用不方便。

2.2 与手动超声检测技术的比较

（1）相控检测技术速度更快，手动超声检测技术一旦焊缝的检测需要一个小时。（2）相控检测技术更加精确，手动超声检测技术只能检测出粗略进行检测，测量结果不精确。（3）相控技术检出率更高，可以检测出多种类型的缺陷。而手动超声波受检测角度的固定，可以检测缺陷类型少，适用范围小。

3 结束语

相控阵超声检测技术与其他同类的检测技术相比其功能更加强大，主要具有安全、快捷、环保、精确、适用范围广等优点，可以在石油管环道焊缝的检测中推广应用，检测效果良好，提高检验效率，对保证石油管道的质量具有重要意义。

参考文献

[1]张宏亮，李佳，白振军等.全自动超声检测与射线检测对管道环焊缝侧壁未熔合缺陷的检测能力.无损检测，2016，（3）：2933.

[2]赵金兰，雷俊杰，王高峰等.油气输送管道对接环焊缝缺陷检测分析.焊管，2013，（11）：4347.

[3]张宏亮，李佳，白振军等.全自动超声检测与射线检测对管道环焊缝侧壁未熔合缺陷的检测能力.无损检测，2016，（3）：2933.