相控阵检测技术在压力管道对接焊缝检测中的应用及常见问题 .pdfVIP

相控阵检测技术在压力管道对接焊缝检

测中的应用及常见问题

摘要：介绍了相控阵检测技术的原理，总结了其在压力管道对接焊缝检测应

用中需注意的要点、存在的问题等。

关键词：相控阵、压力管道、存在的问题

一、检测仪器和器材

检测仪器采用奥林巴斯公司生产的ＯＭＮＩＳＣＡＮ－ＭＸ２超声相控阵检

测仪、ＧＥ生产的ＵＳＮ６０、探头采用７．５ＣＣＥＶ３５．１６（７．５

ＭＨｚ１６晶片探头）以及单晶直探头和斜探头。

1.检测方案

针对压力管道母材检测，初始检测方案采用ＵＳＮ６０（主要）＋ＯＭＮＩ

ＳＣＡＮ－ＭＸ２（辅助）的方式。在现场检测中发现，传统的Ａ扫超声波仪器

采用普通的单晶斜探头扫查时，发现管道内壁处有大量疑似缺陷信号。当改变探

头方向进行复核，发现缺陷不在同一水平位置，结合管道内壁腐蚀情况后判断，

内壁腐蚀或结焦导致疑似缺陷信号，为真实缺陷的有效识别带来了极大的干扰。

相控阵检测仪器具备Ａ扫、Ｂ扫描、Ｃ扫描、Ｓ扫描图像显示，成像直观等特

点，传统Ａ扫超声波仪器需要更换多个探头才能实现疑似缺陷区域的全覆盖，超

声相控阵能够在不更换探头的前提下实现３０°～７０°的全覆盖，效率得到了

极大地提升。

对传统的Ａ扫超声波仪器发现的疑似缺陷信号区域进行超声相控阵检测后

发现，疑似缺陷信号均是由于内壁腐蚀或结焦导致的。因此压力管道检测，最终

采用ＯＭＮＩＳＣＡＮ－ＭＸ２（主要）＋ＵＳＮ６０（辅助）的方式。

二、压力管道对接焊缝检测的现状

在很多大型石油化工和发电装置中，经常会碰到一些压力管道对接焊缝，这

些焊缝往往又承载着高温或高压的介质，其焊缝质量对整个装置运行来讲至关重

要，受焊缝周边空间结构的限制，常用的射线和超声检测不能对焊缝从各个角度

全方位进行透照，再加之射线检测存在辐射，作业时间受到限制，使得其检出率、

可靠性以及检测效率均大打折扣，而相控阵检测技术的应用正好能解决压力管道

对接焊缝常规检测时的一些问题，因此，从长远的质量安全和经济效益两个方

面来看，该技术在压力管道对接焊缝检测中的应用非常具有实际意义。

三、相控阵检测技术的原理

首先，相控阵检测技术的理论是建立在常规A超的理论基础之上的，常规A

超所遵循的一些理论（如反射、折射、波形产生及波形转换等）相控阵同样遵循，

与常规A超相比较的话，不同之处体现如下（以最为常见的扇扫为例）：

常规A超所用的是单一晶片的探头，其声束在工件中以唯一的角度传输，由

于声束方向单一，因此可能会有一部分缺陷检测不到或回波低而无法判断，当一

个常规的探头想要改变声束角度，我们就要改变探头，一个探头对应的是一个角

度（K值）；而相控阵探头类似于将一个完整的晶片分割成若干相同的小晶片

（称之为阵元），通过对每个独立小晶片发射和接收声波的延时控制（延迟法则）

来实现声束的偏转和聚焦，从而实现单个探头多个角度（如：40°-70°，角度

步进为1°时，理解为相当于31个不同K值普通单探头的效果）。

实际应用中的要点

1相控阵仪器和探头是最重要的两个组件，各自有反映其能力的参数指标，

仪器一般讲“通道数”，探头一般讲“频率、晶片（阵元）数、激发孔径”，

“表1”能体现出仪器与探头相互组合后对激活孔径的而影响。

表1：仪器与探头相互组合后激活孔径的计算

仪器的通道数

探激活孔径的计算（以线阵探头为

头例）

1

可一次激发的晶片

16616阵元可被一次全部激发，激发

数：16，最大可连接使

/128阵孔径≈16×单个阵元尺寸；

用的探头晶片数：128

元

3

可一次激发的晶片只能有16