[摘 ?要]全面闡述了管道焊縫全自動(dòng)相控陣超聲波檢測(cè)（AUT）的工作機(jī)理，其方法主要有：分區(qū)掃查法、TOFD檢測(cè)法、相控陣技術(shù)。系統(tǒng)分析了檢測(cè)系統(tǒng)與調(diào)試步驟。利用對(duì)具體測(cè)試結(jié)果的研究得出，該方法針對(duì)海底管道、大壁厚長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫的檢測(cè)具備一定的優(yōu)點(diǎn)，例如檢測(cè)效率高、對(duì)面積性缺陷檢驗(yàn)率大、缺陷定位精準(zhǔn)且顯示具體等，所以其普及率高;不過(guò)對(duì)于AUT法來(lái)說(shuō)，其針對(duì)手工焊打底、試塊生產(chǎn)、手工焊焊縫等不兼容，同時(shí)具備調(diào)試過(guò)程繁瑣、指導(dǎo)規(guī)則不完整、設(shè)備成本高等缺點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]全自動(dòng)相控陣超聲波檢測(cè);管道焊縫;分區(qū)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：D970 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）28-0026-01

1 管道焊縫超聲波檢測(cè)歷史和現(xiàn)狀

現(xiàn)今，在中國(guó)市場(chǎng)中也出現(xiàn)了管道建設(shè)的大趨勢(shì)，特別是海底管道、油氣長(zhǎng)輸管道等項(xiàng)目的建設(shè)剛剛起步。這一類管道通常承載力大，再由于自身材料強(qiáng)度小，存在淬硬傾向，所以對(duì)管道焊縫質(zhì)量明確了極為嚴(yán)格的規(guī)定;并且因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)期的特定需求，造成現(xiàn)場(chǎng)管道焊口的檢測(cè)效率一定要與上焊接速率保持一致，此在海底管道建設(shè)時(shí)最為顯著。一般最常見的射線檢測(cè)技術(shù)因?yàn)榱鞒虖?fù)雜、時(shí)期長(zhǎng)等，無(wú)法有效地降低檢測(cè)時(shí)間。

對(duì)于管道焊接超聲檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，其發(fā)展包括三大時(shí)期，且也涉及到三類檢測(cè)方法。其一，在二十世紀(jì)九十年代之前，重點(diǎn)是選用相對(duì)傳統(tǒng)的A型顯示脈沖反射超聲波探傷儀，大部分計(jì)算任務(wù)均是通過(guò)人工進(jìn)行操作的，DAC曲線也是經(jīng)人工進(jìn)行描繪的，由于其工作量大、工作周期長(zhǎng)，存在人為影響要素，其結(jié)果穩(wěn)定性低，具體缺陷檢測(cè)比小。其二，在二十世紀(jì)九十年代末期到2002年這一階段中，則屬于數(shù)字化超聲波檢測(cè)方法快速發(fā)展階段，正處在一個(gè)重要位置上，與模擬檢測(cè)方法相比，波形數(shù)字處理和傳輸真正地增強(qiáng)了檢測(cè)效率及精確度，不過(guò)對(duì)于數(shù)字化及模擬檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)，都是通過(guò)單發(fā)單收探頭、A型脈沖波給予信號(hào)顯示的。其三，從二十一世紀(jì)到目前，屬于全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)（AUT）的具體應(yīng)用階段。該技術(shù)融合了A掃描、超聲衍射時(shí)差法（TOFD）、相控陣技術(shù)法、B掃描等方法，通過(guò)多通道（或多探頭）分區(qū)法對(duì)焊縫給予分層測(cè)試，能夠動(dòng)態(tài)化地繪制出TOFD、雙門帶狀A(yù)型、雙門帶狀B型示意圖，同時(shí)可以再次繪制焊縫的三維缺陷分布圖，達(dá)到超聲成像檢測(cè)的目的?，F(xiàn)今，AUT技術(shù)則是管道焊縫超聲波檢測(cè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

2 AUT檢測(cè)原理

2.1 TOFD檢測(cè)技術(shù)

TOFD技術(shù)是指利用由被檢測(cè)物內(nèi)在構(gòu)成（缺陷）的端角與端點(diǎn)附近收集的衍射能量與在兩個(gè)探頭之間直接傳播的表面波（橫向波）與直達(dá)的內(nèi)壁反射信號(hào)來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行測(cè)試的一個(gè)技術(shù)。以此能夠?qū)θ毕蓍L(zhǎng)度等進(jìn)行測(cè)試。

2.2 相控陣檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于相控陣檢測(cè)技術(shù)而言，其換能器則代表著晶片的融合，通過(guò)脈沖按時(shí)形成的相位變化來(lái)調(diào)整波束方向、聚焦位點(diǎn)，對(duì)于其入射角、入射位置、聚焦等來(lái)說(shuō)，均屬于可調(diào)！

2.3 分區(qū)掃查法

對(duì)于全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，則是按照焊縫壁厚、焊接填充頻率、坡口型式等把其進(jìn)行劃分。其高度愈低，那么在進(jìn)行缺陷檢測(cè)的時(shí)候，其靈敏性愈強(qiáng)，不過(guò)不易調(diào)試;其高度愈大，那么會(huì)出現(xiàn)漏檢危機(jī);所以其高度最佳范圍是2-3 mm。各分區(qū)的檢測(cè)均是利用一組超聲波聲束進(jìn)行下去的，其檢測(cè)角度則是按照焊縫坡口角度、或許出現(xiàn)的缺陷來(lái)給予明確，例如全自動(dòng)焊接期間極易形成同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)最高的缺陷即為坡口沒(méi)有融合，則要確保入射聲束和坡口熔合線需要豎直排列。

3 管道檢測(cè)圖像顯示與缺陷評(píng)測(cè)

3.1 圖像顯示

對(duì)于Pipe WIZARD PA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，假若其輸出的超聲波數(shù)據(jù)形可以將焊縫從中端分裂。把焊縫兩個(gè)探頭的數(shù)據(jù)信息放在B掃描與中間TOFD圖的兩端，這主要有每個(gè)分區(qū)的圖形顯示通道（B掃描）、耦合監(jiān)測(cè)通道（右側(cè)）、雙門帶狀圖、周向定位標(biāo)尺（左側(cè)）與TOFD圖像。

3.1.1 雙門帶狀圖

對(duì)于雙門帶狀圖來(lái)說(shuō)，則是按照焊縫順著厚度變化的分區(qū)增設(shè)，該圖寬度受到高度的影響，承擔(dān)的職責(zé)是對(duì)焊縫坡口面中的面積型缺陷（如坡口沒(méi)有熔合等）等進(jìn)行檢測(cè)。盡管屬于A掃描，不過(guò)因?yàn)榉謪^(qū)法的特征及掃描方法的差異，各圖能夠確定兩個(gè)門，即時(shí)間門、波幅門。同時(shí)其增設(shè)不一樣的電平，唯有超過(guò)電平的時(shí)間色塊、波幅線等方可給予明確。一般該圖的時(shí)間門設(shè)置與熔合線相稱，對(duì)此，通過(guò)時(shí)間信號(hào)在該圖里的占比能夠確定反射物在焊縫里的具體位點(diǎn)。

3.1.2 TOFD圖像

TOFD圖像是指用于記載圖形里的灰色條狀圖，其職責(zé)是：對(duì)焊縫中端的面積型、體積型缺陷進(jìn)行檢測(cè)（例如氣孔與沒(méi)有熔合等）。其記載系統(tǒng)屬于256級(jí)灰度表示，對(duì)于正、負(fù)相位來(lái)說(shuō)，則是通過(guò)白色128級(jí)、黑色128級(jí)給予顯示。

3.1.3 B掃描顯示

B掃描是指經(jīng)非聚焦橫波聲束繪制而成，其職責(zé)是：對(duì)焊縫根部、蓋帽等位置的體積型缺陷進(jìn)行檢測(cè)（例如氣孔等）。其顯示圖的繪制和A掃描存在一定的關(guān)聯(lián)，在選擇不一樣的顏色來(lái)顯示A掃描里不一樣的波幅的條件下，也就是能夠繪制出相應(yīng)的B掃描圖。

3.1.4 周向定位標(biāo)尺

其是指焊縫里的缺陷部位。

3.1.5 耦合監(jiān)測(cè)通道

通過(guò)大角度單發(fā)單收的方法對(duì)全部探頭的耦合狀況進(jìn)行檢測(cè)，紅色與綠色各指：耦合佳、耦合差。

3.2 缺陷研究

在系統(tǒng)對(duì)某一焊縫進(jìn)行掃描后，AUT系統(tǒng)能夠隨機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析，對(duì)于檢測(cè)者而言，需要按照示意圖、規(guī)劃要求、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等來(lái)對(duì)焊接水平進(jìn)行評(píng)估。

4 小結(jié)

4.1 AUT檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

（1）檢測(cè)速率快，對(duì)于徑長(zhǎng)是508～ 1 016 mm的環(huán)焊縫來(lái)說(shuō)，時(shí)間只有3～ 5 min，尤其是適合海底管道測(cè)定。

（2）AUT方法對(duì)全自動(dòng)焊接形成的面積型缺陷靈敏度高。

（3）缺陷定位精準(zhǔn)、檢測(cè)率高，結(jié)果誤差小（能夠自動(dòng)確定缺陷的尺寸、位點(diǎn)）。

（4）測(cè)定結(jié)果明確，能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。當(dāng)掃描時(shí)能夠?qū)缚p進(jìn)行研究、評(píng)估。能夠?qū)⑵浣Y(jié)果進(jìn)行長(zhǎng)期儲(chǔ)存。規(guī)避X射線底片難攜帶、難儲(chǔ)存等不足。滿足車載需求，工作強(qiáng)度弱，沒(méi)有污染及輻射。

（5）對(duì)射線不能穿射的大壁厚管道環(huán)焊縫、海底管道等靈敏度高、結(jié)果精確。

4.2 AUT檢測(cè)的局限性

（1）受物件表層光滑性、工藝有效性、軌道建設(shè)精準(zhǔn)性干擾大，不能進(jìn)行手工焊接打底或焊縫檢測(cè)等。

（2）壁厚、規(guī)格不一樣且物件的焊縫必須不一樣的試塊給予校正

（3）設(shè)備調(diào)節(jié)步驟繁瑣，精準(zhǔn)度對(duì)其結(jié)果干擾大。

（4）無(wú)完整的因缺陷部消磨及再焊引起的返工焊口超聲檢測(cè)。

（5）對(duì)于西氣東輸?shù)腁UT標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)而言，對(duì)TOFD檢測(cè)法并無(wú)具體的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（6）現(xiàn)今高端裝備的車載方法無(wú)法進(jìn)行山區(qū)段檢測(cè)。對(duì)于川氣東輸而言，則是因?yàn)榈匦螁?wèn)題造成AUT方法不適宜。

（7）先進(jìn)設(shè)備成本高。

參考文獻(xiàn)：

[1]李衍.相控陣超聲對(duì)裂紋表征和定量的重要貢獻(xiàn)[J].無(wú)損探傷. 2013（01）

[2]肖武華，孔令昌.相控陣檢測(cè)技術(shù)在缺陷定位、定性、定量準(zhǔn)確性的探討[J].河南科技.2013（14）

[3]劉曉睿，強(qiáng)天鵬，鄔冠華，孫忠波，肖雄，鄭凱，涂春磊.國(guó)外的工業(yè)相控陣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[J].壓力容器.2012（03）

作者簡(jiǎn)介：

閆軍帥（1990—），男，山東濱州，助理工程師，研究方向：AUT應(yīng)用。