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
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ROWA240-6WT PAT 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
中图分类 口 号： TB559 文献标识码： A
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ROWA240-6WT PAT 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
晶片组成，每个晶片尺寸为1.15 X 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 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 ）X 25mm （W ）X 12.5%WT （D ）
夹层缺陷：①6.3mm 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 。
探头阵列含 6 组相控阵探头，每个相控阵探头由
126 个
20kHz 。
当壁厚介于4mm〜6mm之间，则夹层缺陷深度介于距离夕、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 ;
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。
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。
3.测试小口径无缝钢管样管测试采用①88.90X
4.50mm样管，样
管图及人工伤信息
如图4 所示。
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。
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
①6mm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API 5CT API 5L GB28884及相似要求的钢管。
参考文献
[1] API 5CT( 9th )油套管标准和API 5L( 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.
