管道环焊缝相控阵超声检测

管道环焊缝相控阵超声检测

管道环焊缝相控阵超声检测

李衍

（江苏太湖锅炉股份有限公司，无锡２１４１８７）

摘要：介绍用编码的手工驱动的便携式相控阵超声检测设备，检测管道环焊缝的一整套程序，包括方法原理、系统组成、施探要领和施探效果。相控阵法能提高检测速度、覆盖率和可靠性。所介绍的设备意在为国内推广该项新技术提供借鉴。

关键词：超声检测；相控阵；管道环焊缝；二维矩阵探头

中图分类号：ＴＧｌｌ５．２８

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－６６５６（２００８｝０８—０５２２—０４

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对承压管道环焊缝通常作手工超声探伤（ＵＴ），费时费力，效率低。若采用自动ＵＴ，焊缝两侧至少各需５道扫查程序。为检出环向和轴向裂纹，每道程序都要求作高分辨力“光栅式”扫查，操作时间长（图１）。对电站设备上的某管道环焊缝作ＵＴ，要整整１２ｈ才能完成。．

为了改变这种局面，从事该类设备的公司与加拿大某检测设备制造公司合作，采用相控阵ＵＴ技术，并按照相关标准和法规要求，对操作人员完成了相控阵ＵＴ技术的培训考核和认证工作，检测技能涉及到奥氏体钢与铁素体钢管道环焊缝的缺陷检测和测长。相控阵ＵＴ技术的一大优点是可利用多角转向声束进行扫查而不用通常的“光栅式”扫查（图２）。实践证明，相控阵法能提高检测速度、覆盖率和可靠性。

自动相控阵ＵＴ设备费用昂贵，而手工便携式

收穰日期：２００７－０３—２８

作者简介：李衍（１９４０一），男，高级工程师，ＡＳＭＥ产品责任工程师，负责莺大产品和出口产品的无损检测Ｔ作。

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图１常规ＵＴ用的光栅

式扫奁技术

图２相控阵ＵＴ用的多束式扫查技术

相控阵ＵＴ设备价格约为其１／４。两者与目前常用的Ａ显示脉冲回波式探伤仪的价格比大致为２５：１５；１。笔者介绍用编码的手工驱动的便携式相控阵ＵＴ设备和检测管道环焊缝的一整套程序，包括方法原理、系统组成、施探要领和施探效果。以为国

内推广该新技术提供借鉴。

口ＺＺ幻∞年第∞眷第８期

管道环焊缝相控阵超声检测

１相控阵检测方法原理

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（ａ）常规单晶探头

（ｂ）阵列多晶探头

图３多向裂纹的检测

用手工驱动的编码相控阵超声仪检测管焊缝，要求从管子外表面用单探头或双探头进行检测。相控阵探头装置由１个或２个有斜楔的二维矩阵探头组成，标称频率为１．５ＭＨｚ，斜楔可互换，材质为

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由手工驱动、编码定位的管子双轴扫查器携带相控阵探头装置一起移动。

结合相控阵扇形扫查，采用多声束扫查技术：沿焊缝长度方向（Ｘ向）采用小增量扫查，而沿焊缝宽度方向（ｙ向）采用大增量扫查。

缺陷检测灵敏度和信号记录灵敏度根据区域超声噪声水平确定，缺陷信号测长采用一６ｄＢ法。１．２周向缺陷的检测

对焊接接头中的周向缺陷，使用相控阵并列双探头以一发一收方式，用横波或纵波进行检测（图４）。对由于接近性受限、只能单侧探伤的奥氏体不锈钢焊缝，允许只用纵波检测。

设计斜楔时，要使产生的声束折射角为４０。～７０。，增量为ｏ；同时，发射声束要有一１５。，ｏ。和＋１５。三种偏斜角（相对于扫查轴线方向，分别为７５。，９０。

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图５管子周向缺陷的相控阵双探头多向检测方法

在制作相控阵探头和斜楔之前，探头设计在理ｍｍ的相控阵探头检测情况）。某图６用相控阵双探头检测周向缺陷时的声束模拟

幻∞年第∞卷第８期

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论上要适用于各种管子结构（图６为５０。横波声束，偏斜１５。，焦深２８些相控阵仪器设备公司提供了三维声束跟踪、声束模拟和ＵＴ数据可视化软件包，可对被检管子采用三维声束仿真模式。

管道环焊缝相控阵超声检测

曼要得超声显像，可见横波声束对近侧缺陷检出力

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时所得超声显像。

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图７庐３００ｍＥ不锈钢管焊缝热疲劳裂纹的超卢显像

图８不锈钢焊接试管中应力腐蚀裂纹的超声显像

１．３轴向缺陷的检测

检测轴向缺陷时，使用相控阵单探头横波脉冲回波法检测。设有两对称布置的斜楔，以使探头从顺时针和反时针方向均能检出轴向缺陷。斜楔布置能产生的横波折射角为３５。～６５。（增量２．５。），声束能偏离扫查轴线方向５种角度（２２．ｏ～５２．５。）。因此，在每一探头位置可发射出６５种角度的超声波束。图９为检测轴向缺陷的示意图。与常规超声检测相比，相控阵探头用５种偏斜角度，所以能明显提高横向缺陷检出率。

探头设计理论上要适合于用三维声束检测各种管子结构。另外，所设计的探头要使其声束入射点尽量接近焊缝趾部，而不产生楔内干扰反射。

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２００８年第３０卷第８期

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