超声波相控阵检测技术在特种设备焊缝检验中的应用探讨

超声波相控阵检测技术在特种设备焊缝
检验中的应用探讨
摘要：对于超声相控阵检测技术来说，其所具备的灵活性特征较为明显，而以往的检测方式因在此方面存在着明显的不足之处，所以已然渐渐被超声相控阵检测技术所替代。

在特种设备检验之中，若可积极运用于超声相控阵检测技术，那么则能够迅速了解到焊缝之中所产生的缺陷问题，保障最后的检验结果具备较高程度的精准性，所以十分有必要在特种设备检验之中运用于超声相控阵检测技术。

关键词：超声波相控阵检测技术；特种设备；焊缝检验
引言
无损检测方法是基于现代科学技术发展的检验技术方法，它在不损坏、不改变被检对象理化状态的情况下，对被检测对象的内部及表面进行高灵敏度和高可靠性的检查，以此来判定被检测对象的完整性、连续性和安全性。

超声波检测方法作为五大常规无损检测技术方法之一，是目前国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的无损检测方法，与其他无损检测方法相比，超声波检测拥有较强的适用性、较好的穿透力，且设备较为便携、操作较为安全等优势。

一、超声相控阵检测技术应用优势
超声相控是由多个压电晶体以一定的规律分布排列的，是超声探头晶片的组合，按照一定的顺序激发各个晶片，并有效控制发射超声束，使其能够聚集、偏转、扫描，并促进所有晶片的超声波能形成一个整体波阵面。

此外，还能够确定方向和大小、不连续的形状等，进而可以提供出比多个探头或单个探头系统更大的能力。

它在检测焊缝的过程中，会沿着焊缝长度，在处于平行的状态下进行直线扫查，还能全体积检测焊接接头。

再者，也可以从角度补偿、二次波显示两个层面开展检测，前者可以取代传统的DAC曲线方法，通过家督增益补偿对功能设
置，而后者则采用二次波检测成像显示模式开展检测。

同时，在运用超声相控阵检测技术的过程中，利于达成多角度的检测目标，可提高特种设备检验的有效性以及可靠性。

而对于相关工作人员来说，也能够针对特种设备检验的具体需求来科学定制适合的探头，同时运用便携型的检测设备，对于特种设备的焊接实施扫查，如此则可获得更具精准性的数据或者是图片等，能够使得检测工作的开展更为便利。

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超声波相控阵检测技术在承压特种设备焊缝检验中的应用
2.1科学选择探头
探头晶片阵列可分为很多种形式，如线性阵列、矩形阵列、环形阵列等。

目前焊缝检测中比较常用的为线性阵列探头，对于某些需要一发一收装置的可用双线性阵列探头。

探头频率的高低对检测有较大的影响。

频率越高，灵敏度和分辨力越高，对检测有利；但频率越高，衰减越大，又对检测不利。

一般对于晶粒稍细的碳钢焊缝，常用频率范围为 2.5MHz ～ 5MHz，对于一些薄壁焊缝，频率可以为 7.5MHz；对于晶粒粗大的不锈钢焊缝，一般选用频率范围为 1MHz ～2.5MHz；如果是纵波检测，可用频率范围为2MHz～4MHz。

如果频率过高，就会引起严重的衰减，信噪比下降，甚至造成无法检测。

探头尺寸大的探头通常包含数量多的晶片或尺寸大的单个晶片，可以一次性通过多种聚焦法则激发，形成多组功能不同的波束，通过一次性扫查就可以覆盖焊缝不同的区域，宜适用于相对壁厚较大的焊缝。

但对于某些小型工件，扫查空间或几何形状受限，扫查面不太平整的情况，宜选用尺寸较小的探头。

2.2应用声束模拟软件检测
特种设备焊缝检验区域主要包括焊缝内部、邻近区域、热影响区，为了保证超声波相控阵检测技术发出的波束有效覆盖所有被检区域，应采用声束模拟软件对波束传播进行模拟，以此实现提高超声波相控阵检测质量的目的。

Setup Builder声束模拟是目前应用性较强的一款软件，以理论声学公式为基础，对不
同型号换能器在不同环境与工艺条件下产生的波束进行计算，为检验工作提供参数支持，充分发挥该软件的作用，对改善波束信噪比与增强穿透力具有重要意义。

2.3结合实际情况采用不同扫查法
在应用超声波相控阵检测技术对特种设备焊缝进行检验时，应根据实际情况选择扫查法。

现阶段比较常用的扫查法主要是分区扫查与线性扫查：第一，分区扫查法是指将焊缝分为若干分区，对每个分区的高度进行控制，针对每个分区安排一组超声波波束，基于焊缝坡口角度确定波束检测角度，以此完成焊缝检验工作；为了确保分区扫查效果，通常会采用专用校准试块进行控制，根据不同材质、不同直径、不同壁厚的特种设备选择针对性较强的试块，为提高焊缝检验工作质量提供支持。

第二，线性扫查是指沿着特种设备焊缝做直线运动，在应用线性扫查法时，超声波波束的主要面向对象的整个焊缝被检区域，相较于传统的锯齿形扫查法，线性扫查法覆盖的区域更广；另外，该扫查法需要利用多个探头进行焊缝检验，但因为运动方向单一且操作方式简单，因而可以将其与自动化技术相结合，如此既能提高超声波相控阵检测效率，又能优化人力资源配置，对减少人为操作失误、规避漏检现象具有积极影响。

2.4基于实际确定工艺参数
为了提高超声波相控阵检测效果，检测人员在正式开展相关工作之前需要先综合分析实际情况，并基于此确定参数，目前对检测结果影响性较强的参数主要有波束类型、波束角度、激发的晶片数量、探头偏移、聚焦范围等。

若想保证确定的工艺参数符合超声波相控阵功能充分发挥要求，检测人员还需要遵循以下基本原则：波束覆盖范围必须概括热影响区、检测区，以及除此之外的6mm区；利用经仪器对初步设置好的参数进行调校，确保可以成功通过认证试块认证；符合超声波相控阵检测标注规范中提出的其他要求。

检测人员在确定工艺参数时，可以借鉴以下方法降低影响因素的限制：第一，波束类型，面对晶粒相对较粗且材质为不锈钢的承压特种设备焊缝检测，检测人员需要采用纵波角度入射法，相较于传统横波波束的一次反射法，能够有效解决衰减严重、信噪比差等问题。

第二，波束角度，在选定该角度范围时，检测人员
要充分考虑承压特种设备焊缝尺寸等实际情况，基于此科学选择楔块，主要原因是波束角度一般在厂家推荐的楔块阈值内，为了保证检测效果，应尽量扩大波束范围，尤其是壁厚相对较大的焊缝，若是波束范围过小，便无法全面覆盖被检区域，会减弱检测结果的真实性。

第三，激发的晶片数量与位置对检测结果影响性较大，被激发的晶片数量越多且位置正确，有效晶片的尺寸就会越大，极大程度上增强了发现远距离缺陷的能力，对扩大可聚焦范围、提高检测质量具有积极影响；正常条件下，晶片数量以16为最佳，其他情况可以根据壁厚、声波衰减系数适当增加或减少。

第四，探头偏移是指承压特种设备焊缝中心与探头前沿的距离，当焊缝存在余高时，必须保证探头偏移足够，这是避免因探头前沿压在焊缝余高上使其无法耦合的关键，对此检测人员要在保证覆盖被检区域的前提下，对探头偏移进行调节，促使被激发的晶片始终处于探头中间位置。

第五，聚焦范围，超声波相控阵与常规超声波的不同之处在于前者可以实现波束的动态聚焦，当聚焦区域内的超声波能量较强时，检测设备的灵敏度与分辨力相对较高，因此针对尺寸较小的尺寸，检测人员要将聚焦范围设置在焊缝中间；对于某区域的特定缺陷，聚焦范围应集中于一点；面对壁厚逐渐增加的现象，可以先将焊缝划分为不同区域，再分别采用不同波束进行聚焦检测。

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加强特种设备焊接检测安全管理策略
3.1提升检测人员与管理人员的综合素质
在特种设备焊接检验中，其主要工作人员是检测人员和操作人员。

检测人员作为操作团队的主要引领者，其综合素质的高低直接影响着操作效果，因此，领导应当加强检测团队的建设，提高其表述能力、责任意识，使其能够更好地带领操作者完成各项检测工作，优化安全管理效果。

而在操作人员方面，领导者需要积极组织他们参加相应的培训、讲座等活动，丰富其知识体系，提高他们的操作熟练度，避免由于操作人员专业素质问题影响安全管理效果，推动特种设备焊接检测安全管理工作的发展。

3.2建立明确的激励机制，提高检测人员的安全意识
安全管理工作的落实离不开激励机制的支持，因此领导者应当构建出完善、明确、全面的激励机制，提高检测人员遵守安全条例的积极性和自觉性。

在此过程中，检测机构应当清晰梳理各类焊缝的检测的操作流程，并编制一套标准化的操作细则，为检测人员提供工作依据，同时，在此基础上，检测机构要明确划分权责，构建一系列奖惩激励措施，降低违规操作、失误操作的出现概率，逐步规范化特种设备的焊缝检测，提高检测工作的效率和准确性。

此外，领导者还要制定检查机制，采用定期检查、不定期抽查等方式，及时掌握检测人员的工作状态，并将检查评估结果计入到个人绩效中，完善检测人员激励机制，帮助其牢固树立安全意识，提高检测工作水平。

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结束语
综上所述，超声波相控阵检测技术能够对设备进行全方位、多角度的高速检测，在控制聚焦范围、调整波束方向、检测缺陷等方面具有良好作用。

因此为了确保该技术优势在特种设备焊缝检验充分发挥，必须科学选择探头、合理应用声束模拟软件并基于实际情况选择扫查法，以此弥补传统检测技术的不足。

参考文献
1.
管道焊缝超声波检验有关问题的探讨[J].陈翀.电气传动自动化.2020(05)
2.
基于几种常用超声方法的承压设备对接焊缝检测比对[J].沈建民,张子健,许波,吴家喜,胡健,张小龙,柴军辉.电焊机.2021(06)
3.
焊缝无损检测的相控阵理论研究[J].陈汉新,胡小龙,向波.焊接技术.2017(06)
4.
相控阵超声波检测技术DMA探头的晶片检查[J].董春远,何恩.海洋工程装备与技术.2019(S1)
5.
铜铝焊接结合面的相控阵超声检测应用[J].姚子龙,付汝龙,陈建华,林丹源,杨贵德.无损探伤.2017(02)
6.
相控阵超声波技术在奥氏体不锈钢管道环焊缝检测中的运用[J].吴员,张天江,张利园,史学材,权利.电子技术与软件工程.2019(09)。