相控阵超声技术在长输管道检测中的应
用
摘要：目前，已有学者将超声相控阵技术应用于相贯线焊缝检测方面。

单宝华等利用超声相控阵对海洋平台的相贯线焊缝进行检测，但是，需对整条相贯线焊缝进行划分，在不同位置采用不同的检测方案；采用超声相控阵技术，检测K 型相贯线焊缝裂纹，但仅在若干固定位置进行检测，并未对拓展到相贯线焊缝各个位置。

关键词：相控阵超声检测；无损检测；应用
引言
压力容器制造过程中常见的缺陷有隧道型孔洞和根部未焊合，这些缺陷无一不危害构件的安全运行。

随着超声检测技术的不断发展，相控阵在缺陷检测中得到越来越多的应用。

目前工业实际中大多采用的相控阵扇形扫查得到缺陷图像，存在缺陷图像畸变，难以准确定性等问题。

利用全聚焦法得到的缺陷图像具有更高的检出率、还原度更高、成像更清晰等优点，是近来超声检测领域的1个研究热点。

1长输管道无损检测
无损检测原理：无损检测是指利用材料的声、光、磁、电等特性，在不损害或影响被检测物使用性能的前提下，检测被检测物是否存在缺陷或不均匀，并提供缺陷大小、位置性质和数量。

与破坏性检测相比，无损检测具有以下特点。

第一种是无损检测，检测时不会损害被检测物的使用性能；第二种是综合性的，因为检测是无损的，所以需要对被检测物进行100%的综合检测，这是不可能进行破坏性检测的；第三种是全量程的，破坏性试验一般只适用于对原材料的检测，如拉伸、压缩、弯曲等过程中普遍采用的力学，对制造用原材料进行破坏性试验。

对于成品和在用物品，除非不准备继续使用，否则不能进行破坏性试验，而非破
坏性试验不损害被试物的使用性能。

所以，它不仅可对制造用原材料、各中间工
艺环节，直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测。

2ＰＡＵＴ概念及工作原理
相控阵超声检测是有许多个很小的压电晶片组成的，多个晶片组装在一个探
头壳体内来产生和接收超声波束。

用电子方法控制压电晶片各阵列激反脉冲的相位，检测中产生的超声场相互干涉叠加，从而得到预先设定的波束人射角度和焦
点位置，形成可控的超声辐射场形状。

因此，相控阵超声检测实质上是利用超声
相位可控的换能器阵列来实现的。

相控阵超声检测系统采用先进的计算机技术，
对发射与接收状态下的相控波束进行精确的相位控制，获得最佳的波束特性，达
到波束偏转、聚焦等效果，通过机械扫查与电子扫查相结合的方式实现成像。

焊
接过程中存在的主要缺陷：气孔、夹渣、未焊透、层间未熔合、根部未熔合、裂纹、烧穿、焊瘤。

3相控阵探伤仪的优点
相比之下，超声相控阵探伤仪更加小巧方便，易于携带，也更加安全。

相控
阵探伤仪虽然相较于超声探伤仪更加全面，相较于射线检测更加简便安全，并且
没有射线检测的复杂后期工作。

相控阵探伤仪会将管道情况记录在探伤仪中的储
存卡呢，评片人只需要将储存卡内的数据传输到计算机上就可以准确地观察问题。

而如此方便快捷的检测方法没有完全普及彻底代替射线检测法的原因是因为相控
阵探伤对管道情况十分敏感，有许多在相控阵探伤仪上表现出来的问题并不是缺陷，所以此次青宁项目同时使用相控阵探伤与射线检测的原因就是通过对比确定
相控阵碳上的准确性与标准。

4相控阵超声技术在长输管道检测中的应用
4.1管道焊接相控阵检测工艺。

相控阵探头是晶片体，其具体激发时间能够调节，通过把控焦点等诸多參数
的-种晶片阵列，针对于晶片阵列的类型主要包括面阵、以及线阵这两种类型，
以变化晶.片的聚焦法，能够促进波速的偏转以及聚焦，同时，这也能够当作是
相控阵技术实施充分描的主要原理。

在超声相控阵探头的各项参数之中，和具体运用之间存在关联的即为楔块參数、以及频率參数等，而且，能够激发的晶片越多，则探头功率就会越强，需针对于尺寸的实际大小，选用最为适宜的晶片，并确定合理的数量，而四大管道则通常选用24晶片的这种探头，相控阵探头适用于各种类型的楔块，对于横波以及纵波进行合理的检测。

现阶段，随着检测技术的不断完善，对于检测灵敏度的明确，则能够根据超声检测时的相关标准来加以实施。

再者，由于相控阵超声检测能够在同--时间对多个角度进行显示，所以能够有效提高扫描效果，而且实际深度SE描能够存储数据，确保现场检测工作量的减少，并能够重复及快速设置，确保成像效果更好。

而在采用CIVA仿真模拟软件进行检测的过程中，可以实际指导检测工作，并通过仿真模拟对检测效:果进行分析，以此保证检测质量。

此外，在模拟工件角焊缝中，可以通过未焊缝缺陷，开展二次波检测，确保得到准确的显示结果。

4.2缺欠（陷）评定
①某长输管道项目在检测中发现５０％以上根部３ｍｍ以内的缺陷，在焊缝ＲＴ探伤合格的焊口中，ＰＡＵＴ检测显示缺陷，但部分显示的缺陷为国家标准允许的错边引起的伪缺陷。

在ＧＢ５０３６９—２０１４《油气长输管道工程施工及验收规范》第１０．２条中规定组对错边允许不大于钢管厚度的１／８，且连续５０ｍｍ范围内局部最大不应＞３ｍｍ。

在国家标准允许的错边范围内，由错边引起的ＰＡＵＴ复测显示缺陷为伪缺陷。

②结合现场开挖情况，根部３ｍｍ以内（含ＲＴ检测没有发现或评定为合格）的未熔合、未焊透，视为表面缺欠。

③按照ＳＹ／Ｔ４１０９—２０１３标准释义，ＰＡＵＴ检测到的根部未焊透缺欠，其自身高度测量≥１０％Ｔ，且≥１．５ｍｍ时评定为Ⅳ级。

4.3扫查方法。

较比超声波检测方式，相控阵检测和其之间有着显著的差异，这主要体现在后者在实施检测时，应提高更换移动探头的效率，可以先明确探头楔块之前端和焊趾二者之间的距离，确保声束可覆盖至被检截面，而后沿向具体的方向实施移动，则能够实现有效的检测，能够以科学设定探头处的各项參数，变化楔块之前端以及焊趾二者之间的实际距离，确保发射声束能够覆盖至具体的区域之中"。

而在实施检测时，还能够以定位磁条来确保探头位置处在不改变的状态之下，并
且为确保缺陷定位的精准性，还需和编码器之间相连接，而后沿着轴线移动探头
实施准确的检测。

而且，由于电站锅炉检验环境较为恶劣，需要高空作业，且管
座焊缝部位空间狹小，这进一步增加了检测难度。

手动相控阵超声检测具有较强
的灵活性，能够进行单线扫查，并通过专用扫查器进行自动检测，可以在难以检
测的位置替代人工扫查，提高检测效果。

结束语
相控阵超声检测技术具有缺陷检出率高，缺陷定量准确，工艺设计和实现方
式灵活，现场数据采集实施快捷，完整保存原始数据并使用多种视图进行成像显示，检测结果受人为因素影响小等诸多特点，是没有电离辐射和化学污染的绿色
环保技术，这也是未来的一个发展趋势。

检修单位应该积极研究、不断创新已有
的安全管理举措，结合不同检修位置的区域特点，实施适配性较高的管道检修工作，设置专门负责管理检修工作的监督小组，督促抢修人员提升工作积极性。

与
此同时，检修单位应该通过定期安排专业培训，使检修人员系统的提高专业能力，从而促使长输管道检修工作能够顺利进行，为天然气使用安全提供保障
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