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小径管对接焊接接头的相控阵超声检测

摘要：对小径管对接焊接接头中的裂缝、密集气孔、未焊透等缺陷进行相控阵

超声波检测和射线检测，通过将两者的检测结果进行分析和比较，对两者的检测

效果进行评价。本文主要是对相控阵超声波检测手段的优势和其在小管径检测中

的应用进行了一定的分析，旨在推动相控阵超声波检测技术的广泛应用。

关键词：小径管对接焊接；接头；相控阵超声检测

引言

相控阵超声检测可以获取实时的检测结果，能够对工件的缺陷进行多种方式

的扫描，是一种可以记录的无损检测方式。相控阵超声检测的主要优势就是声束

角度和聚焦深度精确可控，声束可达性强，检测精度高，缺陷显示直观，检测速

度快，是具有较高可靠性的检测技术，在工业领域有着颇为广泛的应用。笔者对

小径管对接焊接接头中的缺陷进行了相控阵超声波检测，并且与射线检测结果进

行了一定的比较分析。

一、相控阵超声检测技术

（一）相控阵超声检测技术的原理

相控阵超声检测方法主要是通过对换能器阵列中的单个阵元进行分别控制，

以特定的时序法则进行激发和接收，进而实现声束在工件中的偏转和聚焦。采用

自聚焦传感器能进一步增强聚焦能力和分辨力，有效的改善了小径管中波型畸变

和杂波干扰的情况。

（二）试样管的焊制

小径管的试样管采用的是与广东省某电厂机组锅炉受热面管同规格同材质的

管件，其中对接接头存在着一定的裂纹、未熔合、密集气孔有缺陷等问题，具体

的示意图可以如下图1所示，焊接的方法主要是钨极氩弧焊。

图1焊接接头简图

（三）相控阵检测系统

、相控阵检测1仪器

本次研究主要采用的仪器是phascan32/128相控阵检测仪，Cobra16阵元自

聚焦传感器，一次性激发16阵元。

、相控阵检测2探头和楔块

对于相控阵超声探头来说，它主要是阵列探头，在进行现场检测的时候要根

据小径管的尺寸来对探头和楔块的型号和大小进行选择。一般来说，探头在进行

使用的过程中，因为小径管的曲率过大，要将其和探头之间的耦合损失降低，就

需要使用能够与小径管进行紧密切合的楔块，选择曲率相近的曲面。

（四）声束覆盖范围设置

在对小径管焊缝进行相控阵超声扇形扫查的时候，要对探头前沿到焊缝中心

线的距离进行正确的选择，要保证在进行扇形扫查的时候大角度声束能够对焊缝

的下面部分进行覆盖，小角度声束可以覆盖到焊缝的上面部分，进而达到对焊接

接头的全面检测，避免出现遗漏。在对小径管对接接头进行检测的时候，还可以

通过使用专业的软件来对声束覆盖范围进行模拟，然后对的不同角度的波束覆盖

情况的进行模拟现实，通过这样的模拟结果可以找到适当的探头前沿距离和波束

角度范围等等。

（五）相控阵检测校准设置

不同的声束之间是有不同的回波反射率的，因此在进行校准之前，要先进性

灵敏度的校准。对于相控阵检测来说，角度的增益补偿是非常重要的内容。相控

阵检测校准设置主要有延时校准、灵敏度校准和距离波幅曲线校准及编码器校准

等。一般来说灵敏度校准就是要使统一反射体在不同的聚焦法则下得到相同的波

幅；而距离波幅曲线校准就是在灵敏度校准之后按照常规的超声波检测标准进行

DAC曲线校准。

（六）相控阵检测方法

根据相关的标准可以得知，相控阵检测手段与常规的超声检测是具有差异的，

在进行相控阵检测的过程中，不需要对探头进行频繁的前后移动，只需要对探头

楔块前段与焊趾的距离进行明确，保证探头发射的声束能够覆盖整个被检测面，

然后再沿着焊缝的方面进行纵向的移动即可。

二、检测结果比较分析

按照上述的检测手段和相关的标准和规范对15个试样管（试管规格为

Φ51×5.1）进行相控阵检测和射线检测，选择具有代表性意义的6个试样管检测

结构进行了一定的比较和分析，具体可以见下表2和图3、图4、图5、图6、图

7、图8。

表2试样管S1～S6检测数据（mm）

图3S1试样管检测图像

图4S2试管样检测图像

图5S3试样管检测图像

图6S4试样管检测图像

图7S5试样管检测图像

图8S6试样管检测图像

根据上述的表格和图像可以得出：相控阵检测能够对缺陷的埋藏深度和自身

的高度进行检测。但是射线的底片只能对平面投影进行显示，因此得出在对缺陷

进行定位的方面，相控阵检测技术比