（河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 石家莊 050000）

隨著人們生活需求的提高，天然氣由于其自身特點(diǎn)日益得到廣泛應(yīng)用，而用于運(yùn)輸和儲(chǔ)存天然氣的大容積無縫鋼瓶也隨之大量涌現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上。該類特種設(shè)備在給人們帶來巨大效益和便利的同時(shí)也帶來了一系列風(fēng)險(xiǎn)，直接關(guān)系到廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)其制造和使用特點(diǎn)，瓶肩部位不可避免出現(xiàn)折疊分層、裂紋及腐蝕缺陷，但到目前為止還沒有可靠有效的技術(shù)手段來對(duì)該部位進(jìn)行檢測(cè)，使得該類氣瓶的存在很大的安全隱患。

1 提出大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷的新型檢測(cè)方法

大容積無縫氣瓶長(zhǎng)度在10m左右，且瓶口狹小，一般無法采用磁粉或滲透等表面無損檢測(cè)方法對(duì)瓶肩部位內(nèi)表面進(jìn)行缺陷檢測(cè)。

因瓶肩部位厚度變化大（從瓶身到瓶口壁厚變化超過11mm），若采用射線檢測(cè)技術(shù)，其厚度差較大，檢測(cè)靈敏度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且該部位100%檢測(cè)時(shí)對(duì)檢測(cè)設(shè)備和時(shí)間要求較高，因此對(duì)該部位射線檢測(cè)方法不適用。

采用常規(guī)超聲波檢測(cè)方法對(duì)大容積無縫氣瓶的瓶肩部位檢測(cè)需要制定特殊復(fù)雜的檢測(cè)工藝，且對(duì)人員要求很高。具有適用性差、效率低、漏檢率高、定量誤差較大等局限性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，新型超聲成像檢測(cè)技術(shù)——相控陣超聲檢測(cè)的應(yīng)用不斷成熟，具有檢測(cè)精度高，檢測(cè)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。

與傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)不同，相控陣檢測(cè)法通過各陣元發(fā)出聲束的有序疊加可以靈活地生成、偏轉(zhuǎn)及聚焦聲束，不需要更換探頭即可完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域的高分辨率檢測(cè)，且其特有的線性掃查、扇形掃查、動(dòng)態(tài)聚焦等工作方式可在不移動(dòng)或少移動(dòng)探頭的情況下對(duì)不同厚度工件進(jìn)行高效率檢測(cè)[1，2]。

考慮到相控陣檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本文提出了基于相控陣的大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷檢測(cè)方法，并對(duì)此做了大量試驗(yàn)研究。

2 大容積無縫氣瓶瓶肩缺陷檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)比研究

現(xiàn)定制材質(zhì)為4130X的樣瓶，規(guī)格為φ559×25mm，在內(nèi)壁線切割軸向和周向60°V型槽，缺陷長(zhǎng)度24.5±0.1mm，缺陷深度1.0±0.05mm；φ2mm平底孔，缺陷深度2.5±0.1mm。分別模擬實(shí)際檢驗(yàn)中瓶肩部位軸向、周向內(nèi)表面開口線性缺陷和腐蝕凹坑內(nèi)部缺陷。

圖1 瓶肩缺陷示意圖

首先筆者使用超聲波測(cè)厚儀對(duì)不同人工缺陷處進(jìn)行測(cè)厚，從瓶口到瓶身，缺陷中心部位的厚度依次是33.4mm、28.0mm、26.2mm。

為驗(yàn)證相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)定量的準(zhǔn)確性，本文用常規(guī)超聲波檢測(cè)和相控陣檢測(cè)兩種方法[3，4]分別對(duì)軸向、周向和φ2mm平底孔不同壁厚的三處缺陷進(jìn)行深度、長(zhǎng)度檢測(cè)。

筆者首先使用兩種方法對(duì)檢測(cè)部位進(jìn)行粗掃，使用常規(guī)超聲波檢測(cè)方法對(duì)3個(gè)點(diǎn)狀缺陷只檢出1個(gè)，對(duì)6個(gè)線狀缺陷檢出5個(gè)；使用相控陣對(duì)3個(gè)點(diǎn)狀缺陷能全部檢出，對(duì)6個(gè)線狀缺陷能全部發(fā)現(xiàn)。

以下列舉了兩種檢測(cè)方法的部分檢測(cè)結(jié)果：

圖2 常規(guī)超聲波檢測(cè)的缺陷波形

圖3 相控陣檢測(cè)的缺陷圖形

本次試驗(yàn)得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1～表3。

通過試驗(yàn)可知，相控陣檢測(cè)方法和常規(guī)超聲檢測(cè)對(duì)不同方向和不同壁厚處的缺陷均可發(fā)現(xiàn)。

此外，通過對(duì)以上三個(gè)表格的深度檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可見在軸向、周向和φ2mm平底孔不同壁厚處缺陷的深度定量誤差相控陣檢測(cè)方法均優(yōu)于常規(guī)超聲檢測(cè)，具有較高的準(zhǔn)確性；由表1和表2長(zhǎng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可見相控陣檢測(cè)方法在軸向和周向不同壁厚的三處缺陷的長(zhǎng)度定量誤差同樣具有優(yōu)勢(shì)。

表1 軸向60°V型槽缺陷檢測(cè)對(duì)比分析

表2 周向60°V型槽缺陷檢測(cè)對(duì)比分析

表3 φ2mm平底孔檢測(cè)

由表1可知，隨著壁厚變化增大，采用相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)和常規(guī)超聲檢測(cè)對(duì)軸向V型槽深度缺陷檢測(cè)的誤差均隨之增大，相控陣檢測(cè)深度誤差依次為：0.4mm、0.3mm、0.1mm，而常規(guī)超聲檢測(cè)深度誤差分別為：5.6mm、3.3mm、1.5mm；而常規(guī)超聲檢測(cè)長(zhǎng)度誤差較相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)均大1mm；相較于軸向V型槽，通過表2可知，因壁厚變化的影響因素減小，相控陣檢測(cè)周向V型槽深度缺陷誤差基本沒有變化，而常規(guī)超聲檢測(cè)周向V型槽深度缺陷誤差分別為：3.8mm、3.1mm、2.0mm，誤差變化也相對(duì)較小。

3 結(jié)論

1）驗(yàn)證了相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)適用于大容積無縫鋼瓶瓶肩部位缺陷的檢測(cè)，且操作簡(jiǎn)單、快捷、結(jié)果準(zhǔn)確。

2）與常規(guī)超聲檢測(cè)信號(hào)相比，相控陣檢測(cè)圖像包含信息豐富，更有利于缺陷的識(shí)別和定量分析。

3）對(duì)比研究了常規(guī)超聲波檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)對(duì)大容積無縫鋼瓶瓶肩部位缺陷檢測(cè)的精度和可靠性。

通過檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可以確定相控陣超聲檢測(cè)在深度定量上具有更高的精度和準(zhǔn)確性。