基于相控阵检测技术的在役成品油管道环焊缝缺陷检测应用与分析

韦红帅

摘 要：相控阵超声波检测技术已经作为一种成熟的有效检测手段，应用于环焊缝焊接的无损检测中。本文主要通过对相控阵检测技术原理及检测工艺介绍，结合某成品油在役输油管道环焊缝检测实例探讨相控阵超声检测技术在在役成品油输油管道环焊缝检测中的应用。

关键词：相控阵检测技术;环焊缝检测;成品油输油管道

我国人口众多，工业庞大，随着生产力的飞速发展，每年的成品油消耗巨大，因此国内建造了大量的成品油输油管网。我国幅员辽阔，地貌多变，成品油管网在建设过程中途经高山深谷，平原高地和人口稠密、水网交错的地区，具有距离长、管径大、运行压力高、地形复杂、高差起伏大等特点。由于运行工况复杂，输油管道环焊缝质量问题异常关键。然而，作为在用的输油埋地管道，针对管道环焊缝缺陷却一直缺乏有效快速的检测手段。传统的四大常规无损检测方法，检测成本高、速度慢，抽检的覆盖率低，难以全面科学准确地对管道焊缝完好性进行全面的评价。相控阵超声技术可以高效地检测在役油输油管道环焊缝，该检测技术作为一种成熟有效的无损检测技术已得到充分的认可，广泛应用于成品油管道及其他相关行业。

1 相控阵超声检测技术原理与设备

1.1 相控阵

一个阵列探头就是在一个单一外壳中包含多个单个晶片的探头，相控的意思是这些晶片被按序列完成脉冲触发的方式。一般来说，一个相控阵系统基于一个专用的超声探头，这个探头包含很多单个晶片（一般从16个到256个不等），这些晶片可根据编排的序列被分别触发。

1.2 相控阵超声检测技术

相控阵超声检测技术是根据设定的延迟法则激发相控阵阵列探头各独立压电晶片（阵元），合成声束并实现声束的移动、偏转和聚焦等功能，再按一定的延迟法则接收超声信号并以图像的方式显示被检对象内部状态的超声检测技术。

1.3 相控阵超声设备

本文选择了汕头市超声仪器研究所有限公司SUPOR-32PT超声相控阵成像检测系统进行试验研究及检测应用。相控阵超声检测设备由相控阵超声检测仪、软件、相控阵超声探头、楔块、扫查装置、耦合注水装置等组成。

2 管道环焊缝相控阵检测工艺

成品油输油管道用钢一般为轧制，声速差异不大，一般可按普通铁素体钢看待。

2.1 探头及楔块

相控阵探头是一种晶片的激发时间可以单独调节、以控制声束轴向和焦点等参数的晶片阵列。通过改变探头晶片的聚焦法则可实现波束的聚焦和偏转，这也是相控阵技术能进行一次大面积扫查的基本原理。在相控阵探头各种参数中，一般来讲，可激发晶片数越多，探头功率越强，尺寸也越大。对于成品油输油大管道一般选择16～32晶片的探头。本文选择的探头是4MHz、16晶片探头，楔块型号：8N55S。

2.2 灵敏度设置

目前國内石油行业超声相控阵检测尚未有相关的技术标准，检测灵敏度的确定参照常规超声波检测所依据的标准，本次检测输油管道依据SY/T4109-2013《石油天然气钢质管道无损检测》设置灵敏度。灵敏度校准采用SGB系列对比试块。调节完成后，探测试块横通孔，在声束范围内各角度和深度的检测灵敏度基本一致，可以保证不会发生因灵敏度不一致造成的漏检，所选择的超声相控阵检测系统满足要求。

2.3 焊缝参数

管道环焊缝检测首先应确定焊接方法和坡口型式，同时应尽量查明焊缝成形情况。从资料可以查出，某成品油管网现场安装焊缝为手工焊，管道焊缝坡口型式为V型。焊缝工艺参数主要根据竣工资料进行设置调节。

2.4 焊缝表面处理

检查焊缝表面外观、余高宽度和高度、扫查面光洁度，检测面探头移动区域应打磨平顺，并清除焊接飞溅、铁屑、油污及其他影响声能传播的杂质，以保证检测数据的可追溯性和可重复性。

2.5 扫查方法

与常规超声波检测不同，相控阵检测过程中无需前后移动探头做锯齿形扫查，只需确定探头楔块前沿与焊缝中心的距离，保证探头发射的声束能覆盖整个被检截面，然后沿着焊缝轴线方向纵向移动即可完成检测，扫查过程中要注意探头走偏。

3 现场埋地成品油管道环焊缝检测应用

以某成品油输油管道环焊缝检测为例。在役管道的日常管理过程中，采用内检测技术，检测并定位了一批存在缺陷的环焊缝。再通过相控阵超声检测技术进行检验验证。本文选取某成品油输油管道的一处环焊缝内检测缺陷点进行超声相控阵检测。结果见图，C扫描成像的长度是沿焊缝轴线展开的长度。焊缝中缺陷指示长度22.56mm，埋藏深度4.06mm，自身高度3.05mm，从C扫描图像中还可以测量得到缺陷的深度、位置等信息。获取足够多的缺陷信息并对缺陷进行评级，根据评级结果做出对该缺陷进行修复的处理决策。本文中该处环焊缝缺陷最终采用B型套筒的方式进行修复。

相控阵超声波检测技术成熟，且受成品油输油管道中油品品质及流速影响较小。应用相控阵检测技术可以实现工件的A、B、C扫描成像，和实现缺陷的三维成像，显示更为直观。相控阵检测系统能够直观地看出缺陷在焊缝中的位置，缺陷识别难度降低，能有效地防止缺陷误判。与常规超声检测相比，相控阵探头仅沿一个方向移动即可，移动量更少，降低了人员操作因素对检测结果准确性的不利影响，增强了检测可靠性。

4 结语

本文介绍了相控阵检测技术原理及检测工艺，并在现场进行了实际应用，检测结果表明，相控阵技术结合可以便捷地对缺陷的长度、深度、高度等数据进行测量，并结合A、B、C等多种扫查视图，及缺陷坡口的模拟，可以更加准确地判断缺陷的类型。在在役输油管道日常管理过程中，通过内检测技术提供了精确的环焊缝缺陷定位，结合相控阵检测技术的无损检测等优势，为输油管道的维修维护提供的有力的保障。

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