【摘要】編制了厚壁壓力容器管道相控陣檢測的檢測工藝，并對不同厚度的壓力容器管道進行檢測，將相控陣檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷與射線檢測結(jié)果進行對比。結(jié)果顯示相控陣檢測的缺陷檢出率不亞于射線檢測。本文提出利用TOFD檢測、相控陣檢測兩種檢測新技術(shù)進行管道檢測的方式，能夠大大提高厚壁壓力容器管道缺陷的檢出率。

【關(guān)鍵詞】相控陣檢測；管道；射線檢測；厚壁

目前，厚壁管道的常規(guī)無損檢測方法主要有超聲波法、射線照相法、磁粉檢測法和滲透檢測法等，但常規(guī)無損檢測方法工作過程中工作量巨大，效率低下，可靠性低，成本高，很難實現(xiàn)快速、可靠、全面的厚壁管道檢測。因此，迫切需要一種更為有效的檢測手段。近年來，超聲相控陣無損檢測技術(shù)以其快速、靈活、可進行復(fù)雜檢測、陣列尺寸小、機械可靠性強、方向難以辨別的缺陷可檢測性增強等特點，在無損檢測中得到了越來越多的應(yīng)用。

本文通過制定多種檢測工藝對不同厚度的厚壁壓力管道進行現(xiàn)場檢測，并將檢測結(jié)果與射線檢測結(jié)果進行對比，研究相控陣檢測技術(shù)在厚壁壓力容器管道上的檢出率，最終制定一套能提高厚壁壓力容器管道的缺陷檢出率的檢測方案。

1、相控陣的原理及特點

相控陣的基本概念來自于相控陣雷達技術(shù)，超聲相控陣換能器由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，每個晶片稱為一個陣元，一般是由多個陣元組成的一維或二維陣列。通過電子系統(tǒng)控制換能器陣列中的各個陣元，按一定的規(guī)則和時序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)，使陣列中各單元發(fā)射的超聲波疊加形成一個新的波陣面。同樣，在反射波的接收過程中，按一定規(guī)則和時序控制接收單元的接收并進行信號合成，再將合成結(jié)果以適當形式顯示，從而實現(xiàn)材料的無損檢測，如圖1所示。

相控陣超聲檢測技術(shù)屬于脈沖反射法檢測范疇，但是在聲場特性、檢測應(yīng)用、信號處理與成像、性能和功能等許多方面，相控陣與常規(guī)脈沖反射法有很大的不同。

相控陣超聲使用的探頭是由若干壓電晶片組成陣列換能器，通過電子系統(tǒng)控制陣列中的各個晶片按照一定的延時法則發(fā)射和接受超聲波，從而實現(xiàn)聲束掃描、偏轉(zhuǎn)與聚焦等功能。如圖2所示。

利用掃描特性，相控陣技術(shù)可以在探頭不移動的情況下實現(xiàn)對被檢測區(qū)域的掃查：利用偏轉(zhuǎn)特性，相控陣技術(shù)不僅可以在探頭不移動的情況下實現(xiàn)對被檢區(qū)域的掃查，而且聲束能夠以多種角度入射到缺陷上，從而提高缺陷檢出率；利用聚焦特性，相控陣技術(shù)可以提高聲場信號強度、回波信號幅度和信噪比，從而提高缺陷檢出率，以及缺陷深度、長度的測量精度。相控陣的掃查方式包括電子掃描和機械掃查。電子掃描分為扇形掃描、線掃描等，機械掃查分為沿線掃查和手動鋸齒掃查，檢測過程中電子掃描和機械掃查是可以結(jié)合并同時進行的。

相控陣檢測系統(tǒng)是高性能的數(shù)字化儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測全過程信號的記錄。通過對信號進行處理，系統(tǒng)能生成和顯示不同方向投影的高質(zhì)量的圖像。

2、檢測工藝

2.1、設(shè)備與試塊

ISONIC2010，以色列SONOTRONNDT公司生產(chǎn)的一款便攜式多功能超聲波相控陣成像檢測系統(tǒng)。選擇相控陣便攜A型試塊和CSK-ⅢA試塊。這兩塊試塊主要用于校準檢測系統(tǒng)的靈敏度。

2.2 被檢工件狀況

被檢管道有四種厚度，分別為32mm、40mm、50mm、64mm。焊縫均為V型坡口，對焊縫檢測時均要求對焊縫兩邊母材進行打磨，將管道表面的污垢、鐵屑和飛濺等影響探頭耦合和移動的不良因素通過打磨去除，其表面粗糙度Ra值應(yīng)小于或等于6.3μm，打磨的寬度隨母材厚度的不同也有所不同。保留余高的焊縫，如果焊縫表面有咬邊、較大的隆起和凹陷等應(yīng)進行適當?shù)男弈?，并做圓滑過度以免影響檢測結(jié)果的評定。

2.3 掃查方式的選擇

為了能夠在提高檢測效率的同時，保證一次檢測能覆蓋到整個焊縫，掃查方式選擇扇形沿線編碼掃查。相控陣掃查方向如圖3所示，環(huán)焊縫掃查點以0點為起點，每條焊縫分兩次掃查，第一次從0°經(jīng)90°掃查至180°，第二次從0°經(jīng)270°掃查至180°，兩次掃查重疊搭接長度為50mm。

2.4、檢測系統(tǒng)參數(shù)的選擇

管道焊縫檢測時探頭擺放方法如圖4所示，探頭與焊縫保持一定的距離采用扇形沿線編碼掃查，通過一次波和二次波一次性記錄整個焊縫相控陣檢測圖像。

本文參照ISO 13588-2010《Non-destructive testing of welds. Ultrasonic testing. Use of （semi-） automated phased array technology》編制檢測工藝，檢測技術(shù)等級：A級。對檢測系統(tǒng)靈敏度調(diào)整，采用CSKⅢA試塊和相控陣便攜A型試塊制作DAC曲線的方式進行校準，檢測系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

掃查時DAC曲線判廢線不應(yīng)超過滿屏的100%，為得到較大的動態(tài)范圍，可將判廢線設(shè)置為滿屏高度的90～100%。檢測橫向缺陷時，應(yīng)將各線靈敏度均提高6dB。

依照工藝設(shè)置檢測系統(tǒng)，將探頭擺放到要求位置，沿設(shè)計的路徑進行掃查。最大掃查速度不應(yīng)超過25mm/s。

3、檢測結(jié)果分析

對管道進行掃查后，經(jīng)由ISONIC PA Office軟件對圖譜進行分析，標記好缺陷，然后生成檢測報告，圖4為50mm厚壓力容器管道相控陣S掃檢測結(jié)果，由于采用真實幾何位置的成像方式，一次波和二次波的成像既可以分別顯示，也可以疊加顯示，易于缺陷的判讀，可直觀的看出缺陷的位置。其長度、埋深和自身高度等信息可方便的進行測量。表2為四種不同厚度的管道掃查后的缺陷測量數(shù)據(jù)。

為驗證相控陣檢測的準確性，采用射線檢測對上述工件進行探傷，射線檢測結(jié)果如表3所示。其結(jié)果與相控陣檢測結(jié)果能夠?qū)?yīng)。

以往在厚壁壓力容器管道檢測中，主要使用射線與常規(guī)超聲進行檢測。由于射線檢測效率低，且具有輻射危害，目前我們主要采用TOFD（超聲衍射時差法）檢測技術(shù)、常規(guī)超聲檢測與表面檢測方法進行管道檢測。相控陣檢測較常規(guī)超聲缺陷檢出率高，聲束覆蓋區(qū)域大，其亦能夠彌補TOFD檢測盲區(qū)的檢測，且檢測結(jié)果直觀。故本論文提出一項全新的檢測模式，在對厚壁壓力容器管道檢測時，先采用TOFD檢測，而后采用相控陣進行檢測及驗收，這種同時運用兩種檢測新技術(shù)的檢測模式能夠大大提高厚壁壓力容器管道缺陷的檢出率。

4、結(jié)論

參照ISO 13588-2010編制了厚壁壓力容器管道相控陣檢測的檢測工藝，并按照工藝分別對不同厚度的壓力容器管道進行檢測，將相控陣檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷與射線檢測結(jié)果進行對比。

1）相控陣檢測的缺陷檢出率不亞于射線檢測；

2）TOFD（超聲衍射時差法）檢測技術(shù)、常規(guī)超聲檢測與表面檢測方法進行管道檢測的方式可由TOFD檢測、相控陣檢測替代，同時運用兩種檢測新技術(shù)的檢測模式能夠大大提高厚壁壓力容器管道缺陷的檢出率。

參考文獻：

[1]李衍.超聲相控陣技術(shù) 第二部分 掃查模式和圖像顯示[J].無損探傷，2007，31（6）：33-38.

[2]李衍.管道環(huán)焊縫相控陣超聲探傷技術(shù)的應(yīng)用[J].無損檢測，2002，24（9）：386-390.

[3]ISO 13588-2010. ：Non-destructive testing of welds. Ultrasonic testing. Use of （semi-） automated phased array technology [S].

作者簡介：

王培寧（1973年4月-），男，本科，助理工程師。主要從事特種設(shè)備及靜設(shè)備管理、無損檢測、焊接及管道專業(yè)管理