一种管道环焊缝自动相控阵超声波水耦合装置

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1、一种管道环焊缝自动相控阵超声波水耦合装置张宏亮白振军曹立江（廊坊北检无损检测公司，河北廊坊065001）摘要：介绍了一种能显著提高自动相控阵超声波耦合效果的水耦合装置，经过计算验证了其理论上具备可行性，并通过实验进行了验证，其指标能满足使用要求，保证每个通道波幅都位于70%-99%，本方法也可以供其他相控阵超声波检测的借鉴。关键词：管道，环焊缝，无损检测，相控阵超声波，耦合ApipegirthweldautomaticultrasonicwatercouplingdeviceZhanghongliang，Baizhenj

2、un,Lijian，Caolijiang(LangfangNorthNon-destructiveTestingCompany,Hebeilangfang,065001)Abstract：Thispaperintroducesakindofcansignificantlyimprovethewatercouplingdeviceofautomaticultrasoniccouplingeffect,aftercalculation,verifiedthetheoryisfeasible,andverifiedbyexpe

3、riment,theindexcanmeettheuserequirement,ensurethateachchannelamplitudearelocatedinthe70%-99%,thismethodcanalsobeusedforotherphasedarrayultrasonictestingreference.Keywords：Pipeline,girthwelding,NDT,multichannelultrasonicphasedarray,coupling在管道环焊缝自动相控阵超声波检测（以下简称AUT

4、）中，采用了7.5MHz线形60晶片相控阵探头，该探头下部有4颗防磨钉，调整到稍高于有机玻璃楔块，使之与检测面接触摩擦，增强楔块的耐磨能力。在楔块周围有4到6个出水孔，水被喷在楔块与检测面之间，用于声波的耦合，水层只是涂满楔块与检测面间。在设备处于新的状态时，耦合效果能满足校准及使用的要求，但使用一段时间后，防磨钉很容易应震动而使露出的长度发生改变，甚至防磨钉脱落丢失，使有机玻璃制作的楔块直接与管壁摩擦，加之检测面清理的不净，存在小飞溅物，常常使有机玻璃制作的楔块表面磨损成一道道的不均匀的沟槽，使耦合效果变差，表现声能传

5、输损耗增大，各通道灵敏度不均。同时，楔块也因磨损而缩短使用周期。为此，本文介绍一种改进型水裙耦合装置，将其与楔块结合后做成带水裙楔块，在楔块和工件之间形成一个一定厚度的水层，而不是原来的涂湿检测面，达到了类似于常规水浸超声的效果，这样就能显著改善各个通道灵敏度不均问题，也解决了周向灵敏度不同的问题。因楔块不再直接接触检测面，其寿命大大延长。1AUT的调试AUT检测都是采用对比试块（如图1）进行校准后再在管道环形焊缝上扫测，校准时，瓦片状的AUT对比试块都是在水平位置放置的，校准过程也是水平扫查的，为了测试AUT在管道的周

6、向不同位置的灵敏度差异，我们又设计并制作了一个圆周试块，如图2，该试块可以在0-360度旋转，以便于在不同点位进行扫查测试，点位示意图见图3。图1AUT对比试块图2能自由选转的AUT试块0点位3点位6点位9点位图3AUT试块点位示意图在可旋转试块上的0点位进行校准，原设备上的楔块如图4，然后在将试块旋转到3点位、6点位、9点位上进行扫查，各通道波幅数据见表1，GB/T50818-2013标准规定各个通道波幅在70%-99%之间时为合格[1]，可见在9点位置时耦合效果非常差，分析其原因，原楔块上出水口设计不合理，当向上爬坡

7、时，楔块下方的两个出水口出来的水直接向下流走了，只依靠上方的两个出水口，致使出现耦合不良。并随着楔块磨损程度的提高，耦合不均情况愈加严重。我们在相控阵楔块上设计了一种水裙结构，改进后的带水裙楔块结构如图4，通过试验验证水裙的使用效果，数据见表2。表1无水裙时各点位各个通道波幅值通道波幅0点位3点位6点位9点位9点位，人工浇水填充区5F5U80.580.777.428.256.5填充区4F4U82.479.879.133.746.3填充区3F3U80.476.572.431.041.2填充区2F2U80.477.484.2

8、40.454.5填充区1F1U80.883.279.335.344.3热焊区HU82.474.176.625.120.4钝边区LU80.475.991.729.829.0根焊区RU81.293.382.140.840.4可见，未加水裙前，9点位耦合不好，幅值均低于70%，不符合GT/T50818-2013标准规定70