相控阵超声波检测技术在焊缝检测中的应用分析

超声相控阵技术在钢制对接焊缝检测中的应用研究焊接技术是目前工业领域应用较为广泛的技术之一，焊缝连接结构具有周期短、密封性好、重量轻等特点，同时以其良好的力学性能得到青睐。

然而，焊接过程中产生的内部缺陷却大大降低了焊接性能。

超声相控阵能够实现复杂零件和盲区的检测，具有灵敏度高、结果直观，实时显示的优点，在钢制对接焊缝检测中的具有明显的应用优势。

标签：超声相控阵技术；对接焊缝检测；无损检测0 绪论钢材是现代化建设不可或缺的重要材料之一，其应用范围有目共睹。

而焊接是加工钢材的重要的重要技术手段之一，科学技术的发展使钢材的焊接性能不断提升，但仍不可避免的产生些许的缺陷。

超声相控阵技术以其独特的优势，成为钢制对接焊缝检测中的重要应用技术。

1 超声相控阵技术的起源与发展超声波被人类所发现并作为一种检测技术应用可追溯到第一次世界大战期间，被用于对水下目标的追踪。

近百年来，超声检测技术在各个领域都发挥了不可替代的重要作用。

科技的发展也使各种新技术相互融合进步，新技术不断衍生。

超声相控阵技术逐渐走入人们的视野当中。

超声相控阵技术源于相控阵雷达，在相控阵雷达的使用过程中，众多的子天线但愿有序的排列，每个子单元的电磁波幅度和延时均可控，能够达到一定空间范围内形成相对灵活的雷达波束。

与之类似，超声相控阵由众多压电阵组成的阵列换能器，达到声波发射与接收的目的。

[1]近些年来，超声相控阵技术的应用范围越来越广泛，最初的应用就是医学中的B型超声检测与诊断技术，其应用了超声相控技术以实现动态的聚焦，其利用了相控阵所使用换能器快速移动的特点，使声束形成所检测器官的影像。

其次，利用它控制局部升温，可达到热疗的效果，能够在很大程度上提升目标组织的吸收率。

在超声相控阵技术起步的发展时期，其系统的复杂性较高，检测存在很大的困难，且需要高额的检测成本，其在工业无损检测上的应用受到了极大的限制。

科技的发展使我们的生活日新月异，中国造船业崛起，船舶工业中对技术精度的要求越来越高，超声相控阵无损检测技术得到了用武之地。

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。

金属结构焊缝超声波相控阵检测技术摘要：在金属结构项目开展的阶段焊缝问题一直以来是影响工程质量的关键，因此必须要掌握科学的技术，对焊缝的形式进行全面的了解，从而掌握焊缝的特征以便采取有效的措施进行处理。

因此，本文结合实际以超声波相控阵检测技术为例，对该技术在金属结构焊缝检测中的应用情况进行探讨，希望在本轮的论述后，能够给该领域的工作人员提供一些参考。

关键词：金属结构；焊缝检测；超声波；相控阵检测；技术应用引言工业超声检测中涉及到的超声波相控阵检测技术有着极为重要的现实价值，在当前的技术应用中得到了深层次地发展。

伴随着计算机电子技术的优化，这样的一种技术在行业内部获得了更多的认可。

因此对超声波相控阵检测技术的应用要点进行全面探讨，掌握技术的应用方法，对提高金属结构焊缝检测的水平有着重要帮助。

1金属结构T型焊缝特点1.1裂纹缺陷对于裂纹来说，主要针对的是金属原子结合过程中因破坏等不良的情况而在新界面产生的缝隙。

因裂纹产生的环境等的不同，又有着热裂纹和冷裂纹以及再热裂纹等的区别。

焊接处理的过程中，裂纹有着极为严重的危害，因此相关的处理务必要重点关注，以切实地保障焊接施工的稳定与高效。

1.2气孔缺陷此类情况多与焊接过程中未能有效处理熔池气体等有关，进而出现了空穴等的不良情况。

因此类情况的出现减少了焊缝的有效截面，这样条件下的焊接接头的质量即会因此下降，相关的处理也会受到不良的影响。

1.3夹渣缺陷此类情况主要针对的是焊接过后的熔渣，未熔的焊条等即这方面的情况有着很大的关系。

因这样的情况极易造成尖端应力集中的不良情况，相应的危害性极为突出，因此相关的处理应重点关注。

1.4未焊透缺陷此类情况主要与金属未熔化等有关，进而影响到了焊缝金属的有效处理。

这样的条件下，焊缝的机械结构强度即会随之下降，未焊透的缺口部位也会出现应力集中的不良情况。

因此类缺陷的危害性极大，因此应做好针对性的防控。

1.5未熔合缺陷此类情况主要与焊缝金属与母材金属的不良熔化等有关，因此应做好相应的优化，这样才能切实地保障相关处理的稳定与高效。

海底管线是海洋油气田内部设施连接和油气资源外输的重要设施。

海底管线处于风浪、海流、腐蚀等恶劣服役环境中，易产生各类缺陷。

近年来，自动超声波检测技术在海底管线检测中得到了广泛的应用，其高检测能力、高效、环保等优势在海底管线铺设过程中得到了充分的体现。

检测人员依据标准要求，基于扇形检测技术开发了相控阵超声扇形扫描工艺，验证了工艺的重复性和可靠性，通过评定不同阈值的POD(检出率)值，确定了最佳缺陷评定基准，实现了相控阵超声扇形扫描技术在海底管线项目中的成功应用。

01相控阵超声扫描技术特点常规全自动超声(AUT)检测技术采用分区法，将焊缝沿壁厚方向分成若干区域，如根部区、钝边区、热焊区以及填充区等，分区高度为1~3mm，每个分区设置独立的反射体，使用独立的检测波束对每分区分别进行扫描，以A扫描-双门带状图的形式显示（焊缝分区，波束配置及图像显示见图1）。

图1 带状图及AUT检测波束配置示意相控阵超声扇形扫描技术是将一对相控阵探头对称布置于焊缝两侧，每个探头可同时激发一组或多组不同角度范围的超声波束实现对焊缝检测区域的扫描，以A扫描、B扫描、C扫描及扇形扫描的方式显示；相控阵超声扇形扫描技术波束配置及图像显示如图2所示。

图2 相控阵超声扇形扫描技术波束配置及图像显示示意相比于传统分区法AUT检测技术，相控阵超声扇形扫描技术具有以下优势：① 使用一个角度范围覆盖检测区域，提供更多的检测角度；② 焊缝每侧探头发射的超声波波束覆盖整个焊缝区域，可得到更多的检测数据；③ 分区法轨道安装精度要求±1mm，扇形扫查安装精度可允许±3mm内，扫查器安装效率更高；④ 调试方法简便，调试效率高；⑤ 可使用便携检测系统，满足不同施工环境的检测需求，检测成本更低。

02相控阵超声扇形扫描工艺设计检测工艺相控阵超声扇形扫描工艺是基于相控阵检测系统，两个相控阵探头对称布置于焊缝两侧，设置一组波束覆盖焊缝内外表面及填充区域，设置第二组波束覆盖根部区域，焊缝两侧采用相同的波束设置，采用机械扫查方式，实现焊缝检测的过程。

管道对接焊缝相控阵超声检测
管道对接焊缝的检测是在工业生产中非常关键的环节之一。

传统的检测方法对于管道
对接焊缝的检测效果并不理想，容易产生漏检漏报的情况。

相控阵超声检测技术是一种非
常有效的管道对接焊缝检测方法。

相控阵超声检测技术是一种通过矩阵阵列传感器对被测物体进行检测的方法。

相控阵
超声检测技术能够通过调节每个传感器发射的超声波的相位和振幅，实现对被测物体不同
方向、不同角度的全方位检测。

相控阵超声检测技术具有检测速度快、灵敏度高、成像效
果好等优点，因此在管道对接焊缝的检测中得到了广泛应用。

需要准备一套相控阵超声检测系统。

该系统由一组矩阵阵列传感器、一台控制器和一
台显示器组成。

传感器可以根据具体的检测需求来选择，常用的有线阵、固化高分子阵等。

控制器负责控制传感器发射超声波的相位和振幅，显示器用于显示检测结果。

然后，需要对管道对接焊缝进行准备工作。

要清洁管道表面，确保没有杂质和腐蚀物等。

然后，需要根据具体需要选择合适的探头，将其固定在管道表面，并进行适当的校
准。

接下来，开始进行相控阵超声检测。

控制器通过调节传感器发射超声波的相位和振幅
来实现所需的检测角度和方向。

传感器发射的超声波经过管道表面的对接焊缝后，会被反
射回来并被传感器接收。

通过分析接收到的信号，可以确定管道对接焊缝的存在和位置。

将检测结果进行显示和记录。

检测结果会显示在显示器上，并可以保存下来，方便进
行后续的分析和比较。

相控阵技术对焊缝缺陷检测的研究及应用摘要：相控阵技术是一种多声束扫描成像检测技术，通过控制聚焦深度、偏转角度和波束宽度形成不同的虚拟探头（VPA），从而可对试件进行高速、全方位和多角度的检测，且图像化的检测结果更加直观。

相控阵超声波技术能够对一些存在自然缺陷的试块进行全覆盖检测并定量，检测结果误差能够满足规范要求，可以用于焊缝检测工作。

关键词：相控阵；检测；应用引言超声相控阵检测技术技术可以通过计算机软件对声束角度、聚集距离及焦点尺寸进行控制；能够用单个多晶片相控阵探头对同一位置的焊缝进行多角度的检测；能够检测复杂几何形状焊缝，且具有较好的机动性与灵活性；能够与机械夹具配合使用，高速、全面扫查整个试件；能够通过计算机对信号与数据进行采集处理，使超声检测结果显示更直观，此外，该技术可以对数据进行存储及转移，便于后续的离线分析。

采用超声相控阵检测技术对海上平台工艺管线焊缝进行检测，检查时间、检测成本均有显著降低，对一些接由于空间受限而导致常规超声无法完成检测的焊缝，也能够通过一次扫描进行全覆盖检测。

目前，相控阵超声波检测在奥氏体不锈钢管道环焊缝的检测工作中取得了良好的效果。

1超声相控阵检测技术概述以及基本原理1.1概述相控阵检测是一种通过对阵列传感器各独立阵元按一定的延迟法则进行激励、接收，合成特定形式声场，通过超声波数据以图像的形式显示出来的一种无损检测技术。

通过时间延迟相继激发探头中多个晶片，每个激活晶片发射的超声波束相互干涉形成新的波束，通过软件调整，新波束的角度、焦距、焦点尺寸等均可根据检测需要予以改变。

与传统TOFD、超声测厚、Ａ型脉冲回波检测等无损检测技术相比，相控阵检测技术的一个探头即具备多个性质相同的晶片，通过控制聚焦深度、偏转角度、波束宽度形成不同的虚拟探头（VPA），从而可对试件进行高速、全方位和多角度的检测，在扫查过程中可形成大量A扫和C扫数据，且通过相控阵仪器数据处理可实现以S扫的形式显示出来。

管道对接焊缝相控阵超声检测管道对接焊缝相控阵超声检测是一种新型的无损检测方法，具有速度快、信息量大、可靠性高等优点。

相控阵超声技术是通过调节不同探头的阵元激发时刻和延迟时间，实现对被测物体的扫描和成像。

在管道对接焊缝检测中，相控阵超声检测可以提供焊缝的几何形状、缺陷位置和尺寸等详细信息。

管道对接焊缝是连接管道的重要部分，其质量直接关系到管道的运行安全和工作效率。

传统的管道对接焊缝检测方法主要是通过目视和放射性检测进行，存在检测速度慢、成本高、操作复杂等问题。

而相控阵超声检测不仅可以快速、可靠地获取焊缝的质量信息，还可以实时显示焊缝的实际情况，能够及时采取措施进行修补，从而提高检测效率和焊接质量。

相控阵超声检测的原理是利用物体对超声波的反射、散射和透射等现象进行检测。

在管道对接焊缝检测中，首先需要将探头紧密贴合在焊缝表面，然后通过激励电压将探头中的阵元一个个激发，将产生的超声信号发送到被测物体，然后探头接收被测物体反射回来的信号，最后再通过信号处理和图像重建等算法获得焊缝的图像。

1. 高分辨率：相控阵超声检测可以实现对焊缝的高分辨率成像，能够准确地显示焊缝的几何形状和缺陷等信息。

2. 大探测深度：相控阵超声检测可以实现对管道对接焊缝的全程检测，不受管道内部复杂结构的限制。

3. 快速检测：相控阵超声检测可以实现对焊缝的快速全面检测，大大提高了工作效率。

4. 灵活性：相控阵超声检测可以根据不同情况选择合适的探头和算法，适用于不同管道尺寸和焊缝类型的检测。

5. 可靠性：相控阵超声检测可以实时显示焊缝的实际情况，能够及时发现焊缝的缺陷，提高了焊接质量和安全性。

在实际应用中，相控阵超声检测可以广泛应用于石油、化工、水利等领域的管道对接焊缝检测中。

通过相控阵超声检测，能够快速、准确地获取焊缝的质量信息，提高管道的安全性和工作效率。

相控阵超声检测技术还可以与其他无损检测方法相结合，提高检测的准确性和可靠性。

管道对接焊缝相控阵超声检测是一种高效、可靠的无损检测方法，有着广阔的应用前景。

超声相控阵技术在焊缝检测中的应用摘要：简述了超声相控检测方法诞生的背景以及相对传统超声检测方法的技术的优势，着重介绍了超声相控阵技术在对接焊缝以及T型角焊缝缺陷检测中的应用，并对超声相控阵技术应用前景进行了展望。

关键字：超声相控阵技术对接焊缝T型角焊缝缺陷检测Abstract:Outlinedtheadvantagesofultrasonicphaseddetectionmethodscomparedwithconventi11.1国。

八十年代，效率[6]。

随着检测要求的提高，传统超声检测的灵敏度也需要提高。

提高超声波检测的灵敏度，增大检测声束能量是关键。

容易想到两种方法，第一种方法就是提高探头的中心频率。

但是探头的中心频率越高，声波在介质中的衰减越严重，检测效果更不佳。

所以，探头的中心频率不能太高。

另一种方法是使用几何透镜、物理透镜，或者直接将探头表面做成具有一定曲率的凹面，以实现发射声束在检测区域内聚焦，从而减小了声束的扩散角[7]。

但是，上述方法只能够实现定点聚焦。

而在超声检测中不是检测固定区域，而是要经常调整检测区域，则需相应地调整聚焦方向和焦点位置。

若应用上述方法调焦，则需要根据检测区域的位置更换透镜或更换不同曲率的超声探头。

这样使检测变得复杂，同时也降低了检测速度。

于是，提出了超声相控阵无损检测方法[8][9][10]。

如图1所示，为超声相控阵检测几何缺陷原理示意图。

图1超声相控阵检测原理示意图1.2超声相控阵技术的优势超声相控阵技术是基于惠更斯原理。

相控阵探头是由多个晶片组成的阵列，阵列的阵元在电信号的激励下以可控的相位发射出超声波，并使超声波束在确定其1234561.3超声相控阵技术的发展超声相控阵检测技术最初源于雷达天线电磁波相控阵技术，被用于医疗领域，在上世纪六十年代初期才被引入超声自动检测领域中[15][16]。

随着计算机技术和电子技术的发展，超声相控阵检测技术应用于工业无损检测，特别是在核工业和航空领域。

相控阵超声检测技术在厚壁管道对接焊缝检测中的应用摘要：相控阵超声技术是传统超声检测在技术上的发展，比传统超声波探伤具有更高的缺陷检出率，目前相控阵检测技术在无损检测行业中已经得到了广泛的应用。

本文主要围绕相控阵技术原理、设备的使用和调校，结合国外工程相控阵检测技术在厚壁管对接焊缝检测中的实际应用案例，对相控阵检测技术在石油化工工艺管线中的应用情况做一些说明，可以为国内相控阵检测的推广提供一些应用案例。

关键字：相控阵超声检测技术；厚壁管对接焊缝；应用实例1概述在石油化工行业中，在高温高压等工况下，厚壁管被大量的使用，且随着石油精细化加工，厚壁管的使用也越来越多。

普通的300KV的射线机最大穿透能力为48mm，γ射线源虽然穿透能力强，但其使用和运输过程中发生安全事故的可能性非常大，而且对无损检测人员的辐射损害也非常大。

在鲁迈拉油田游离水处理工程中有大量的厚壁管需要对其焊缝进行无损探伤。

规格为325*25.4mm，406*30.96,457*34.93,508*38.1这些规格的管道已经超过了300KV射线机的最大穿透能力，只能借助相控阵技术对其焊缝进行检测。

使用奥林巴斯MX2代相控阵检测设备系统，对厚壁工艺管道对接焊缝进行了检测，并取得了非常不错的效果。

因此本文将相控阵检测技术在厚壁工艺管线焊缝检测中的应用情况做一阐述。

2相控阵超声检测技术原理相控阵检测技术是传统超声检测在技术上的发展，其关键在于采用了全新的发生与接收超声波的方法，相控阵列通过电子控制发射声束的形状和波束偏转角度，使其无需移动探头就可进行电子扫查，然后通过后处理，改变超声波的聚焦尺寸和位置，通过有效的信号平均，提高了信噪比。

3设备选择与校准及相控阵TCG曲线的制作3.1设备与探头的选择相控阵系统应载有聚焦法则设定软件，能借此修正超声波束特性；设备应具有数据存储功能；相控阵系统的波幅和屏高线性应标准化，既满足E2491标准的要求，且至少一年校验一次；仪器应能在1MHz-10MHz的标称频率下发射和接受声脉冲；仪器应能以所有探头标称频率至少5倍的频率，将A扫描显示数字化，波幅数字化时，分辨力至少应为8bit(256个色阶)；相控阵设备应具有角度校准增益和时间校准增益。

相控阵超声波检测技术在焊缝检测中的应用分析摘要：在管道环焊缝检测中，相控阵超声波检测技术具有检测精度高、检测速度快、可重复性强、缺陷检出率高、检测成本低等优点，适用于各种管径、坡口形式焊缝的检测，有效提高焊接工艺水平和焊接质量，是自动焊焊缝检测的首选技术，已得到了很好的应用和推广。

关键词：相控阵；分区扫查；带状图；体积通道；TOFD通道；耦合通道随着焊接技术的快速发展，全自动焊接工艺被越来越多的应用到了管道建设施工中，焊接水平的提高也对检测技术提出了更高的要求。

通常，焊接检测方法采用X射线检测和手动超声波检测。

这两种检测方法都有其各自的优、缺点：?譹?訛射线检测虽具有直观、对体积型缺陷敏感等优点，但射线检测成本高，速度慢，对面积型缺陷（如未熔合）不敏感，而且具有射线辐射，安全性差；?譺?訛手动超声波检测虽具有操作简便，应用灵活和对面积型缺陷敏感的忧点，但手动超声波检测结果可重复性差，对焊缝缺陷不能定性，只能作为辅助检测手段。

所以射线检测和手动超声波检测已不能满足焊接检测技术发展的需要，于是全自动相控阵超声波检测技术应运而生。

在管道环焊缝检测中，相控阵超声波检测技术具有检测精度高、检测速度快、可重复性强、缺陷检出率高、检测成本低等优点，适用于各种管径、坡口形式焊缝的检测，成为自动焊环焊缝检测的首选技术。

1相控阵系统工作原理1.1波束聚焦原理相控阵检测技术是通过软件控制晶片阵列中每个晶片时间延迟，控制脉冲发射使波束聚焦到特定的深度，并以一定的角度传播。

阵列可以产生聚焦的横波和纵波。

相控阵可以实现线性扫查、扇形扫查和动态深度聚焦等功能（如图1所示）。

1.2焊缝的分区扫查设置采用相控阵超声检测技术的关键是进行分区扫查，根据焊缝坡口形式、填充次数将焊缝分成几个垂直的区，如根部区，钝边区，热焊区，填充区。

每个分区的高度一般为1~3mm，每个区都由一组独立的晶片进行扫查（这种分区的扫查被称为Ａ扫）。

检测主声束的角度根据各分区的焊缝坡口角度进行设定。