小径管对接焊接接头的相控阵超声检测

小径管对接焊接接头的相控阵超声检测

摘要：对小径管对接焊接接头中的裂缝、密集气孔、未焊透等缺陷进行相控阵超声波检测和射线检测，通过将两者的检测结果进行分析和比较，对两者的检测效果进行评价。本文主要是对相控阵超声波检测手段的优势和其在小管径检测中的应用进行了一定的分析，旨在推动相控阵超声波检测技术的广泛应用。

关键词：小径管对接焊接；接头；相控阵超声检测

引言

相控阵超声检测可以获取实时的检测结果，能够对工件的缺陷进行多种方式的扫描，是一种可以记录的无损检测方式。相控阵超声检测的主要优势就是声束角度和聚焦深度精确可控，声束可达性强，检测精度高，缺陷显示直观，检测速度快，是具有较高可靠性的检测技术，在工业领域有着颇为广泛的应用。笔者对小径管对接焊接接头中的缺陷进行了相控阵超声波检测，并且与射线检测结果进行了一定的比较分析。

一、相控阵超声检测技术

（一）相控阵超声检测技术的原理

相控阵超声检测方法主要是通过对换能器阵列中的单个阵元进行分别控制，以特定的时序法则进行激发和接收，进而实现声束在工件中的偏转和聚焦。采用自聚焦传感器能进一步增强聚焦能力和分辨力，有效的改善了小径管中波型畸变和杂波干扰的情况。

（二）试样管的焊制

小径管的试样管采用的是与广东省某电厂机组锅炉受热面管同规格同材质的管件，其中对接接头存在着一定的裂纹、未熔合、密集气孔有缺陷等问题，具体的示意图可以如下图1所示，焊接的方法主要是钨极氩弧焊。

图1 焊接接头简图

（三）相控阵检测系统

1、相控阵检测仪器

本次研究主要采用的仪器是phascan 32/128相控阵检测仪，Cobra16阵元自聚焦传感器，一次性激发16阵元。

2、相控阵检测探头和楔块

对于相控阵超声探头来说，它主要是阵列探头，在进行现场检测的时候要根据小径管的尺寸来对探头和楔块的型号和大小进行选择。一般来说，探头在进行使用的过程中，因为小径管的曲率过大，要将其和探头之间的耦合损失降低，就需要使用能够与小径管进行紧密切合的楔块，选择曲率相近的曲面。

（四）声束覆盖范围设置

在对小径管焊缝进行相控阵超声扇形扫查的时候，要对探头前沿到焊缝中心线的距离进行正确的选择，要保证在进行扇形扫查的时候大角度声束能够对焊缝的下面部分进行覆盖，小角度声束可以覆盖到焊缝的上面部分，进而达到对焊接接头的全面检测，避免出现遗漏。在对小径管对接接头进行检测的时候，还可以通过使用专业的软件来对声束覆盖范围进行模拟，然后对的不同角度的波束覆盖情况的进行模拟现实，通过这样的模拟结果可以找到适当的探头前沿距离和波束角度范围等等。

（五）相控阵检测校准设置

不同的声束之间是有不同的回波反射率的，因此在进行校准之前，要先进性

灵敏度的校准。对于相控阵检测来说，角度的增益补偿是非常重要的内容。相控

阵检测校准设置主要有延时校准、灵敏度校准和距离波幅曲线校准及编码器校准等。一般来说灵敏度校准就是要使统一反射体在不同的聚焦法则下得到相同的波幅；而距离波幅曲线校准就是在灵敏度校准之后按照常规的超声波检测标准进行DAC 曲线校准。

（六）相控阵检测方法

根据相关的标准可以得知，相控阵检测手段与常规的超声检测是具有差异的，在进行相控阵检测的过程中，不需要对探头进行频繁的前后移动，只需要对探头

楔块前段与焊趾的距离进行明确，保证探头发射的声束能够覆盖整个被检测面，

然后再沿着焊缝的方面进行纵向的移动即可。

二、检测结果比较分析

按照上述的检测手段和相关的标准和规范对15个试样管（试管规格为

Φ51×5.1）进行相控阵检测和射线检测，选择具有代表性意义的6个试样管检测

结构进行了一定的比较和分析，具体可以见下表2和图3、图4、图5、图6、图7、图8。

表2 试样管S1～S6检测数据（mm）

图3 S1试样管检测图像

图4 S2试管样检测图像

图5 S3试样管检测图像

图6 S4试样管检测图像

图7 S5试样管检测图像

图8 S6试样管检测图像

根据上述的表格和图像可以得出：相控阵检测能够对缺陷的埋藏深度和自身

的高度进行检测。但是射线的底片只能对平面投影进行显示，因此得出在对缺陷

进行定位的方面，相控阵检测技术比射线检测技术要更加准确。相控阵可以对气

孔的埋藏深度进行检测，但是射线检测可以对定量缺陷的点数进行确定，因此在

气孔方面射线检测要优于相控阵检测。相控阵检测可以对未焊透的长度和埋藏深

度进行监测，但是射线底片对缺陷的平面投影进行显示，因此在缺点定位方面相

控阵监测技术要比射线检测准确。

三、结论

对于相控阵检测结果进行分析可以得出，这种检测方式的图像是可视化的，

并且可以S，B，C及A显示，对识别缺陷具有重要的意义，同时这种检测手段的

数据是可以进行存储和动态回放的，比较适合进行后期的分析和研究。相控阵的

探头一般采用的就是符合性的材料，这种材料可以对信噪比和分辨能力进行提高，同时还能对小径管超声波检测存在的信噪比和分辨力问题进行解决。另外，相控

阵检测技术还可以为设备提供较为可靠的检测结果，速度快且没有辐射和危害。

但是相控阵检测不出与超声波束平行的缺陷，需要特殊工艺来支持。小径管对接

接头的相控阵检测，探头楔块的接触面要有与被检管件相似的曲率。最后，相控

阵检测对于检测数据的识别和判读与射线检测相比具有一定的难度，需要有足够

的经验来支撑。

参考文献：

[1]杨晶，杨康东，张文泽.小径管对接焊接接头的相控阵超声检测[J].无损检测，2019，41（03）：58-60.

[2]侯金刚，杨齐，潘强华，原可义.小径管对接接头相控阵超声检测关键工艺

参数选择[J].中国特种设备安全，2018，34（07）：36-40.

[3]金南辉，牟彦春.小径管对接焊接接头相控阵超声检测技术[J].无损检测，2010，32（06）：427-430.