浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州 310000
摘要：随着油气管道和运输船舶的快速发展，对油气管道和运输管道的质量要求越来越高，最初的超声波检测方法和设备已难以满足日益严格的油气采输系统质量控制要求。功能强大、多变的超声波阵列测试设备和测试能力，对于油气开采和输送系统的检测具有独特的特点，能够产生良好的实际效果。
关键词：超声相控阵；检测；实现
1原理与特点
1.1.超声相控阵检测原理
超声相控阵技术是控制每个独立的质量元件的延迟，产生不同方向的超Lubo辐射，产生不同的音效，模拟不同的扩散聚焦传感器的工作情况，并进行电子扫描和动态聚焦而不快速移动的检测无论有无速度，探头都可以定位在能产生被测物体完整图像的位置，能够自动检测复杂形状，克服了标准a型超声脉冲法的一些限制。以线阵探头为例，介绍了并行线阵扫描、扇形扫描和动态聚焦的原理。通过可控阵元的激励，声束也由左向右向线阵方向传播，并进行类似于医学实时扫描的平行线扫描，将阵元按相等的间隔逐个发送，使合成波阵为平面波，这是变形角，这是相控阵偏差。延迟间隔的变化可以用来扫描一定空间内的扇区。图中，通过检查相位延迟，首先发射两端发射信号的质量元，中间的阵列项延迟发射，焦点垂直移动，使焦点位置的声场最强。如果传感器发出的超声波达到目标，它会发出一个回波信号，到达阵列每个单元的时间是不同的，每个回波到阵列单元的时间由每个阵列项接收到的信号的延迟来补偿，然后使用合成量，根据信号处理确定山体回波声源的位置。超声相控阵检测技术可以通过计算机软件控制声辐射角的大小、累积距离和聚焦；单个多相阵列探头可以多角度检测同一位置的焊缝；能够对几何形状复杂的焊缝进行检测，具有较好的移动性和灵活性，可以机械、快速、彻底地扫描使用，整个检测体可以在计算机上采集和处理信号和数据，使超声检测结果更直观地显示。此外，该技术还可以存储和传输数据，便于以后离线分析，采用超声波相控阵控制技术检测海洋平台工艺焊缝，大大减少了控制时间和成本。对于一些因空间有限而无法完成正常超声检测的焊缝，也可以通过单次扫描进行全覆盖检测，目前，相控阵超声检测在不锈钢接触网管翻滚焊缝检测方面取得了良好的效果。感兴趣阵列的检测是一种无损检测技术，它是将每个阵列传感器的独立阵列单元按一定的延迟规律激励和接收特定的声场，并以图像的形式显示超声数据，将多个探头芯片按时间延迟顺序搅动，每个有源芯片发出的超声辐射通过新的光束相互干扰编队。定制软件，调整新的快速角度、焦距和焦距，以适应检测需要。与传统的TOFD相比，超声厚度的测量，A型脉冲与回波检测等无损检测技术在相控阵检测装置的探头上有多块具有类似特性的芯片。在扫描过程中，通过调整焦深、偏角和束宽，可以形成各种高速、直角和多角度的虚拟探针（VPA），形成大范围的扫描图像。使用步进阵列设备的数据处理。根据费马原理，可以计算芯片刺激的时间和延迟，使所有芯片产生的柱面波（球面波）同时到达同一房间的同一点，液滴集中在柱面或球面上。缺陷反射波由芯片检测得到，并根据计算器计算出每个芯片延迟的时间，可与计算器配合使用，调整后的光束弯曲、聚焦的深度、角度和发现的模拟信号可多视图显示，每个通道的相位阵列由超声波探测器按预定的备用波长运行，形成加速器脉冲。声束由每个压电阵列的一个单元产生，使阵列探头的每个单元发出的超声波叠加产生一个入射波，如果通过界面或缺陷反射波接收到回波信号并根据预测的延迟值累积，然后显示超声波检测。
1.2相控阵检测技术的特点
与传统超声检测设备相比，超声相控阵检测设备具有以下特点：
（1）快速检测率。由于探头的质量芯片由电子方法激发，其线性扫描比普通探头的机械扫描快得多。
（2）使用灵活。步进式质量探头可以根据需要控制焦距、变形角度和光束宽度。
此外，步进式质量探头是用于检测纵向、横向和横截面损伤的同一类型探头。如果检测到缺陷，可以随机设置检测模式，允许检测钢管内不同参考点的缺陷，不同的检测方法可以灵活修改，无需任何机械修改或调整。
（3）在钢管超声缺陷的正常检测中，定位在钢管轴线上的探头有可能在检测到横向损伤时，重复性差，理论上无法检测到，而锐利损伤采样器在检测锐利缺陷时，只对固定方向的缺陷敏感，相控阵探头中多个芯片的快速连续，其声场相当于单个芯片探头的连续机械位移和转向，从而避免了横向损伤和非重复性损伤的检测，显著提高了鉴定的可靠性。
（4）功能强大。超声波聚焦增加了探测器的信噪比；扇形扫描过程中可以检测到许多难以与方向区分的缺陷；大量的a扫描数据提高了缺陷在各个角度的分辨率。
（5）操作简单，在测试超声相控阵时，采用电子扫描代替机械扫描，不仅减少了探头的磨损，而且避免了设备机构的调整。
除上述特性外，还认为由于采用超声波相控阵检测设备，仪器机械结构简单，试验过程中钢结构运动受限，是由于测试系统具有检测、信噪比、重复性等完整的性能特性。，比普通的超声波检测设备好。
2超声相控阵技术在油气集输中的典型应用
2.1识别过程
以某一作业区域的一条埋地管线X65碳钢管和两条焊缝为例。超声波相位阵列使用如下。
（1）管道的第一次焊接用超声波相位阵列进行扫描。
试验结果表明，C扫描部位第一次焊接的最小值为13.16mm。
（2）管道的第二次焊接用超声波相控阵扫描。
试验结果表明，第二次超声相控阵扫描的最小焊接值为13.19mm。
2.2超声相控阵技术与常规手工超声检测结果对比
管道焊接检验时，随机抽取2条焊缝，用超声波X65碳钢管对X65碳钢管的焊缝进行手工检查。管道第一次焊接检查缺陷为13.37mm，第二次焊接检查缺陷为13.60mm。
Hackcase技术部门扫描用于识别焊接配件。一次扫描可以检测到整个焊接接头，而传统的手持式超声波需要多次扫描才能完成整个配件的检测。对两种焊缝的超声波相控阵技术进行比较，原则上与传统的手持式超声波检测数据一致，显示：焊接超声相控阵技术的数据原则上在误差范围内，说明超声相控阵技术是焊接检测技术的可靠手段。
结论
超声阵列技术的特性及其在许多复杂测试中的成功应用，使其成为一种重要的超声测试方法。先进阵列技术的优点主要有：探头尺寸小，探头数量少，电子扫描实时显示和记录缺陷，检测速度快，检测更灵活，更适合检测复杂工件，具有广泛的探测油气集输管道的可能性。
参考文献
[1]周琦，刘方军，李志军，李旭东.超声相控阵成像技术与应用[J].兵器材料科学与工程.2017（03）
[2]燕会明，宋文爱.超声相控阵B扫描成像系统研究[J].计量技术.2018（07）