基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应用研究

张　黎（衡阳华菱钢管有限公司，河南　衡阳　421001）



基于超声波相控阵无损检测技术在小口径无缝钢管上的应用研究

张黎
（衡阳华菱钢管有限公司，河南衡阳421001）

摘要：本文介绍了超声波相控阵技术原理，分析该技术的独特优势对小口径无缝钢管的检测更具针对性，可以明显提高缺陷检出率与检测速度。重点研究89机组在线2#线美国GE公司生产的ROWA240-6WTPAT型相控阵超声波钢管自动分层测厚系统在小口径无缝钢管检测上的应用。

关键词：超声波相控阵；分层；测厚；小口径无缝钢管；探伤

0. 概述

超声波相控阵检测技术的应用始于20世纪60年代，目前已广泛应用于医学超声成像领域。由于该系统复杂且制作成本高，因而在工业无损检测方面的应用受到限制。近年来，超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术及计算机模拟等多种高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用，使得超声波相控阵技术得到快速发展，逐渐应用于工业无损检测。

1. ROWA240-6WT PAT型GE相控阵超声波钢管自动分层测厚设备简介

89机组在线2#线管体超声分层测厚设备是美国GE公司生产的ROWA240-6WTPAT型相控阵超声波钢管自动分层测厚系统。本套设备包含测厚分层检测主机、主机进/出平台、中心线导向装置、6组相控阵探头、前端电子、后端电子、供水系统、导套及橡胶密封、控制系统等。

1.1探头布置及主要参数

1.1.1探头布置

该系统共有6个相控阵探头阵列，成环状布置，分为2列，2列的探头交错布置。探头阵列其布置如图1所示。

1.1.2探头阵列主要参数

探头阵列含6组相控阵探头，每个相控阵探头由126个晶片组成，每个晶片尺寸为1.15×12.5mm。每个虚拟探头最多由16个晶片组成，每个虚拟探头的最大重复频率为20kHz。

1.2检测能力

检测外径：32mm～115mm

壁厚范围：3mm～16mm

壁厚静态测量精度：±0.03mm

壁厚动态测量精度：±0.05mm

壁厚减薄：25mm（L）×25mm（W）×12.5%WT（D）

夹层缺陷：Φ6.3mm平底孔，当壁厚大于等于6mm时，夹层缺陷深度介于1/4～1/2壁厚深度，夹层最小深度为2mm。当壁厚介于4mm～6mm之间，则夹层缺陷深度介于距离外表面3mm和距离内表面1mm之间。

管端盲区：200mm；

检测覆盖率：大于100%；

检测速度：0.8m/s～1.5m/s；

i.壁厚检测：1.5m/s；

图1相控阵探头布置及仪器结构示意图

ii.壁厚+分层检测：0.8m/s。

2. 超声测厚和分层检测原理

壁厚检测：声束垂直入射钢管。壁厚检测原理如图2所示，通过测量超声波在钢管内外壁之间的传播时间来测量钢管的壁厚。

图2壁厚检测原理

分层检测：声束垂直入射钢管。分层探伤原理如图3所示，测量闸门C设在界面波IF和一次底波A之间，用样管校准闸门的位置和幅度。

图3分层检测原理

3. 测试小口径无缝钢管样管

测试采用Φ88.90×4.50mm样管，样管图及人工伤信息如图4所示。

图4样管图及人工伤信息

测试结果及重复性：在做完静态校验且动态校验合格的基础上，运行钢管25次，记录缺陷的检出情况，无漏报。动态试验数据如图5所示。

图5壁厚检测和分层检测波形

结论

（1）超声波相控阵技术对工件的检测更具针对性，可以明显提高分层缺陷检出率与检测速度，操作简单，检测结果精确。

（2）89机组在线2#线超声测厚分层检测系统能够检测Φ6mm的分层缺陷，能够对钢管的壁厚进行有效的检测跟踪。可用于检测API5CT、API5L、GB28884及相似要求的钢管。

参考文献

［1］API5CT（9th）油套管标准和API5L （45th）管线管标准［S］.

［2］郑晖，林树青，等.超声检测［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2008：7-10.

中图分类号：TB559

文献标识码：A