全自动相控阵超声波检测法与射线照相法检验对比研究

【摘要】0 引言 AUT全自动超声波检测系统是基于相控阵技术来研制的，它的前身为多探头超声波检测系统。起初，只用于简单的环焊缝检测。随着相控阵技术和TOFD技术的发展，并且70年代使用了自...

摘要：基于海底石油、天然气管线无损检验现场工效，需要一种检验效率好、检出率高的检测技术。本文根据实际项目生产，选择全自动超声波检测技术，针对其加工校验及人工缺陷对比试块，校准了各检测超声通道，经AUT检测人工缺陷对比试块并与RT检测技术进行了对比，结果表明：AUT设备灵敏度好，缺陷检出率高，比RT技术检验精度高，运行稳定，安全可靠。

关键词：相控阵；超声波检测；海底管线环焊缝；检测灵敏度

Abstract: Based on the special requirement of submarine pipeline testing, should develop a inspect technology of high effect and high rate of flaw inspecting. Thisarticle proposed AUT technology according to the particle production. Machined a test block, calibrated all channel, inspected the block by AUT and compared with the RT technique, Experimental and practical results showed that the improved inspection equipment had good performance in sensitivity, precision, stability and reliability.

Keywords: Phased array; Ultrasonic testing; Submarine pipeline; Inspection sensitivity

中图分类号：TU317+.8 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

AUT全自动超声波检测系统是基于相控阵技术来研制的，它的前身为多探头超声波检测系统。起初，只用于简单的环焊缝检测。随着相控阵技术和TOFD技术的发展，并且70年代使用了自动焊，提高了对检测的要求，为此，AUT系统在利用相控阵技术的多角度扫查，动态聚焦和TOFD技术检出率高等优势的基础上，增加了扫查装置和马达驱动单元，数据采集单元和工控机等重要装置整合成一台能够对管道环焊缝进行自动检测的系统。

1UT检测与RT检测对比试验实施方案

1.1根据南海深水天然气开发工程技术规格书要求准备AUT/RT对比试验试块，制定对比实施方案及计划，针对此项目31.8mm X70材质的管线V型坡口环焊缝完成此项对比工作。

1.2 实施方案说明

 在AUT校验试块完成后对AUT设备进行调试校准，完成AUT设备的准备工作。

 模拟加工对比试验焊件，模拟焊接缺陷，并分布于焊缝各部位用于校验射线及AUT检验结果的对比

 跟踪检验过程，并记录检验参数，对比结果的分析，完成对比试验并得出结论。

2全自动相控阵超声波检测系统（AUT）简介

2.1 相控阵超声波检测的基本原理

与传统超声波检测不同，相控阵超声波检测系统采用多声束扫描成像技术，超声波检测探头是由多个晶片组成的换能器阵列，阵列单元在激发电路激励下以可控的相位激发出超声波，并使超声波声束在确定的声场处聚焦。声场控制通过在发射脉冲和接收信号的过程中引入相位控制来实现。

2.2 相控阵探头

超声线性相控阵探头是超声检测中实现电声转换的器件，它由换能器、壳体、电缆和其它附件组成。换能器是探头的功能件，具有发射超声波和接收超声波信息的功能。

相控阵探头由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则的时序控制接收单元的接收并进行信号合成。

2.3 相控阵聚焦特性

使用超声线形相控阵探头时，声束的聚焦是通过向阵列中的内部晶片增加延时（ΔT）得到的。聚焦时，阵列中每个小晶片发射的能量累积叠加到某一点。

因此，利用一个探头即可得到聚焦在不同深度的声束，但聚焦只发生在近场区范围内。

3检验内容

3.1人工缺陷环焊缝加工

试管材质为APL X65，尺寸为外径30寸，壁厚31.8毫米,焊缝截面为双面V型坡口，试块分别加工了模拟根部缺陷（一个未熔合，一个未焊透），层间缺陷（5个未熔合）和表面开口缺陷（上游，下游，中部各一个未熔合）的共9个未熔合和1个未焊透。

3.2实验方法

本次实验采用的是OLYMPUS公司的PIPEWIZARD系统。在校准试块上离焊缝中心线170mm的位置安装上导轨，把机头固定在导轨上，校准好编码器，直到双门带状图上能发现校准试块的所有缺陷为止，此时校准过程结束。对焊缝进行全自动超声波检测，保存后对图像和数据进行分析。

3.3实验对比结果

将制作好10个人工缺陷的焊接件还进行了射线照相检验，以其获得试块的全自动相控阵检测和RT检测结果对比，以验证AUT检测结果的正确性。Φ2*8代表射线底片发现了2个Φ2的气孔，3/2代表一个长度为3，一个长度为2的缺陷。焊接件人工制作的10个人工缺陷AUT技术全部检出，另外还检出了试管焊接的时候产生的另外2个焊接缺陷。且AUT检出率为100%，而RT检测率仅为80%，可见AUT技术在检出率方面超过了RT方法。并与焊接前的人工缺陷实际长度和位置进行了比较，验证了AUT方法的高检出率和准确率。

4试验结论

通过两种检验方法与设计的人工缺陷实际长度互相对比发现，RT方法和AUT方法都检出了人工缺陷，而且两者互相验证了检验正确率。但AUT在检验精度上高于RT方法，并且能够弥补RT不能缺陷测高的缺点。而在缺陷测高方面，由于AUT技术采用了分区扫查方法，从缺陷信号占分区的数量可以精确读取缺陷的高度，综合各方面因素考虑，AUT技术在实际项目的工业及民用管道的环焊缝检测中具有工效高、安全快捷、同时节省大量人力物力的优点，具有传统检测技术如UT,RT无法比拟的可靠性和有效性。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。