周 哲

(洛陽欣隆工程檢測有限公司 ， 河南 洛陽 471012)

相控陣超聲檢測技術(PAUT)的基本思想是來自雷達電磁波相控陣技術。由許多輻射單元排成陣列組成相控陣雷達，相控陣雷達通過陣列天線控制各單元的幅度和相位，調整電磁波的輻射方向，在一定空間范圍內合成靈活快速的聚焦掃描的雷達波束。20世紀20年代就開始了關于超聲成像的研究，但是由于當時技術比較落后，發(fā)展比較緩慢。最近幾年來，由于計算機模擬、軟件技術、數據處理分析、納秒級脈沖信號控制、壓電復合材料等多種高新技術的發(fā)展，綜合應用在相控陣超聲成像領域中，相控陣超聲檢測技術得以快速的發(fā)展。目前已在長輸管道、石油化工、核工業(yè)、航空工業(yè)無損檢測等領域中得到應用。

1 PAUT概念及工作原理

相控陣超聲檢測是有許多個很小的壓電晶片組成的，多個晶片(例如：16、32、64、128個)組裝在一個探頭殼體內來產生和接收超聲波束。用電子方法控制壓電晶片各陣列激反脈沖的相位，檢測中產生的超聲場相互干涉疊加，從而得到預先設定的波束人射角度和焦點位置，形成可控的超聲輻射場形狀。因此，相控陣超聲檢測實質上是利用超聲相位可控的換能器陣列來實現的。

相控陣超聲檢測系統(tǒng)采用先進的計算機技術，對發(fā)射與接收狀態(tài)下的相控波束進行精確的相位控制，獲得最佳的波束特性，達到波束偏轉、聚焦等效果，通過機械掃查與電子掃查相結合的方式實現成像。

焊接過程中存在的主要缺陷：氣孔、夾渣、未焊透、層間未熔合、根部未熔合、裂紋、燒穿、焊瘤。

2 相控陣超聲檢測技術特點

①通過電子方法控制聲束聚焦與掃描，提高了檢測速度。②良好的聲束可達性，可對幾何形狀復雜的工件進行探查。③通過調整焦點尺寸、焦區(qū)深度、聲束方向，可使提高檢測分辨力、信噪比和靈敏度等性能。④掃查結果可以電子文件格式存儲，且操作靈活、簡便、成本低。⑤通過幾何結構成像技術可以同步顯示A、B、S、C、D、P、3D圖像。

3 PAUT技術的優(yōu)點、缺點

3.1 優(yōu)點

①速度快。大管徑的長輸管道整個過程需3～5 min，適用于大管徑管道、工期有特殊要求的工程。②檢出率較高。相控陣超聲波檢測對線型和面積型的缺陷較敏感，檢出率較高。③缺陷定位準，靈敏度高，結果直觀。相控陣超聲波檢測圖譜能夠對焊縫進行模擬，在A圖上測量缺陷深度及水平距離、在B圖上測量缺陷自身高度、在C圖上測量缺陷長度。④全自動焊接技術目前應用越來越廣泛，在長輸管道中應用越來越廣泛，全自動焊易產生未熔合，射線對面積性缺陷不敏感容易漏檢，但在相控陣超聲波檢測可以準確地檢測出缺陷位置。⑤適合厚壁管道，可檢測覆蓋上下表面的盲區(qū)。⑥安全、便捷。X射線機不易攜帶、設備重不易攜帶。PAUT設備便于攜帶，工作強度小，施工對人體無輻射、無污物。⑦對檢測結果能夠完整保存，能使用多種視圖進行成像顯示、檢測結果受人為因素影響小等諸多特點。

3.2 缺點

①薄壁工件檢測困難。②需要對探頭掃查面進行打磨處理，增加了工作量。③根部缺陷太過靈敏。④受溫度影響大。⑤設備價格貴、設備復雜、施工過程中需要人員多。⑥我國還未制定出適用的承壓設備焊接接頭PAUT標準。

4 PAUT在長輸管道上的應用

4.1 PAUT檢測操作要求

①檢測區(qū)域寬度執(zhí)行SY/T 4109—2013 6.8.6的規(guī)定，應為焊縫本身與焊縫兩側≥5 mm的熱影響區(qū)。②檢測單位應采用現場管材，自行設計、制作PAUT對比試塊，在檢測工作開始前應通過比對試塊調試設備系統(tǒng)。③缺欠自身高度的測量，與TOFD圖譜進行對比，并優(yōu)先采用TOFD檢測結果。TOFD檢測盲區(qū)所存在的缺欠，應以PAUT檢測為準，并應進行比對驗證。④PAUT檢測發(fā)現的難以評定缺欠(陷)，應采用UT進行對比檢測。

4.2 缺欠(陷)評定

①某長輸管道項目在檢測中發(fā)現50%以上根部3 mm以內的缺陷，在焊縫RT探傷合格的焊口中，PAUT檢測顯示缺陷，但部分顯示的缺陷為國家標準允許的錯邊引起的偽缺陷。在GB50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》第10.2條中規(guī)定組對錯邊允許不大于鋼管厚度的1/8，且連續(xù)50 mm范圍內局部最大不應>3 mm。在國家標準允許的錯邊范圍內，由錯邊引起的PAUT復測顯示缺陷為偽缺陷。②結合現場開挖情況，根部3 mm以內(含RT檢測沒有發(fā)現或評定為合格)的未熔合、未焊透，視為表面缺欠。③按照SY/T4109—2013標準釋義， PAUT檢測到的根部未焊透缺欠，其自身高度測量≥10%T，且≥1.5 mm時評定為Ⅳ級。

4.3 射線檢測(RT)與相控陣檢測(PAUT)檢測結果不一致問題的處理

①同一焊口檢測，RT檢測未發(fā)現缺欠，PAUT檢測有缺欠顯示，檢測結果以PAUT為準，特別是根部未熔合。②RT檢測與PAUT檢測均有缺欠顯示的同一缺欠，RT檢測已經確認為氣孔、夾雜等體積型缺欠時，PAUT檢測結果評定可結合射線檢測結果進行確認。

4.4 其他

對于PAUT檢測發(fā)現的可疑缺欠，無損檢測監(jiān)理應會同無損檢測人員和施工單位人員進行缺欠驗證，記錄缺欠位置、類型和尺寸等相關數據。

5 結束語

相控陣超聲檢測技術具有缺陷檢出率高，缺陷定量準確，工藝設計和實現方式靈活，現場數據采集實施快捷，完整保存原始數據并使用多種視圖進行成像顯示，檢測結果受人為因素影響小等諸多特點，是沒有電離輻射和化學污染的綠色環(huán)保技術，這也是未來的一個發(fā)展趨勢。