超声波检测管道焊缝专利技术综述

唐海银 蒋佳春

摘 要：文章统计分析了历年来超声检测管道焊缝领域的专利申请，并对专利技术进行技术分解，获得国内外历年申请量、重要申请人分布，并分析了超声检测技术中的超声探头、波型，分析了国内的申请模式。我国在该领域可以做到自给自足，该领域在国内呈现一种企业主导型的状态，展现出一种良好的科研投入-产出-应用的生态。

关键词：超声；管道；焊缝；探头；波型；专利技术

中图分类号：N18 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）18-0022-02

Abstract： In this paper， the patent applications in the field of ultrasonic inspection of pipeline welds in recent years are statistically analyzed， and the technical decomposition of the patent technology is carried out to obtain the number of applications and the distribution of important applicants in the past years at home and abroad. The ultrasonic probe and wave pattern in ultrasonic testing technology are analyzed， and the application mode in China is analyzed. Our country can achieve self-sufficiency in this field， which presents a kind of enterprise-oriented state in our country， and shows a good ecology of scientific research input-output-application.

Keywords： ultrasonic； pipeline； welding seam； probe； wave shape； patented technology

引言

在工業生产中，每年生产的焊接结构约占钢产量的45%[1]。管道焊接结构在核设备、压力容器、石油管道等等许多领域都有广泛的应用。由于焊接工艺的固有缺陷、金属材料的特性，造成焊接结构存在一定的缺陷，影响结构的整体性能，从而导致材料缩短服役寿命甚至发生严重的事故。因而，对焊缝处的质量检测尤为重要。而超声无损检测方法是一种非常方便的检测焊缝质量的方法。

本文重点分析了利用超声波检测管道焊缝的专利技术情况，从该领域的技术演进、专利申请势态、重要申请人等方面进行了分析。本文选取的专利数据源为DWPI和 CNABS专利。

1 用超声波检测管道焊缝的专利发展状况

技术分支：

超声检测设备主要由三部分组成：探头设备、信号发生及信号分析装置、辅助设备。由于超声检测设备的上述特点，探头设备是其非常重要的组成部分，因此，在检索的基础上，通过筛选，将研究对象进行划分，获得如表1所示的技术分解表。

2 利用超声波检测管道焊缝的专利分析

2.1 专利申请量分析

如图1所示，申请量从1967 年开始到2005年的年申请量都比较少，从2005年后申请量迅速上升，主要是由于中国申请量的迅速增加导致的。同时，利用超声检测管道焊缝领域的专利申请，国外从1967年就开始，并且一直在稳步地发展，技术比较成熟。而中国的相关专利申请是在1993年才开始，由此可知，中国的超声检测管道焊缝领域的技术起步较晚，但是发展非常迅速。

2.2 专利技术分解分析

利用超声检测管道焊缝各技术分支的申请量如图2所示。由图可知，检测波、探头相关技术分支的申请量最多，这两个领域也是本领域比较重要的两个方面，合计占比57%，同时，查扫装置和数据处理相关专利申请量也各占20%。试块的改进是本领域技术含量相对较低的，因而申请量较少。从各技术分支的申请量占比来看，基本上体现了超声无损检测各相关部分的重要性排布。

其中，对于探头部分的专利申请，进行了更加细的技术分支的划分，如图3所示。由图3可知，压电式探头是本领域最传统和最常用的探头。其中压电式探头又可以根据探头中晶片的数量分为单晶、双晶、相控阵等探头，其中，单晶探头是使用最多的压电探头，其次是相控阵探头，应用较少的是双晶探头。单晶探头由于其结构简单，应用单晶压电探头的检测设备造价便宜，因而应用最多；而相控阵探头虽然结构较为复杂，但其有更好的检测灵敏度和精度，以及检测更方便等效果，因而应用也较多。

对于检测波型，如图4所示，对于检测时波型的选择，横波和纵波是本领域最常用的两种波型，其次是导波、爬波。当斜探头以第一临界角入射时，纵波以平行于界面沿表面下传播，为了与体纵波和横波区别，把横波和纵波叠加后能量最集中的前沿成为纵爬波，简称爬波[2]。爬波适合近表面或薄片的缺陷探测，仅对表面层几个毫米深的缺陷明暗，当管厚时，则不能准确探测到焊缝内部的缺陷，且爬波的衰减严重，一般仅能探测到起焦点附近的缺陷，因而在管道焊缝中的应用较少。

2.3 申请人专利分析

如图5所示，国内专利申请量最多的前十位申请人，主要为相关行业的公司或研究所。其在生产工作中，需要对焊缝的质量进行检测，进而更多的投入了研发。例如核工业中，如何检测焊缝的缺陷是核工业中一个重要的研究课题。

如图6所示，在利用超声检测管道焊缝领域国内申请人的主要类型为公司，在合作共同申请中，公司与科研院所之间的合作形式占比最高，为18%。也就是说，利用超声检测管道焊缝领域，国内已经形成了一种良好的技术研发-产出-应用的生态。

3 结束语

从整体看来，利用超声检测管道焊缝领域从19世纪60年代开始，经过了五十余年的技术演进，技术逐步趋于成熟。我国虽然起步晚，但是发展迅速。国外在华相关领域专利布局稀少，技术上我国已经基本可以做到自给自足；并且，该领域在国内呈现一种企业主导型的状态，企业与科研院所之间的合作频繁，展现出一种良好的科研投入-产出-应用的生态。

参考文献：

[1]王彬.焊接缺陷超声检测信号的小波分析与处理[D].西安科技大学.

[2]江山，等.表面及近表面裂纹的爬波无损检测[J].无损探伤， 2005，29（3）：7-11.