如何快速调校 AUT全自动超声波相控阵检测试块

杨平

河北方圆工程检测有限公司 河北任丘 062550

摘要:通过对AUT全自动超声波相控阵检测试块调校的方法，如根部、热焊、钝边、填充区、盖面通道、体积通道、等调校方法进行阐述，并在调校过程中易出现的问题进行分析以及解决办法。

关键字: 全自动超声波相控阵 调校试块

AUT全自动超声波相控阵检测（简称AUT检测）技术在我国长输管道应用已经有十余年的历史，近一年随着全自动焊接的大面积推广使之与其匹配的全自动超声波相控阵检测得到大规模应用。传统χ射线探伤仪的优点，超声波相控阵探伤仪也拥有，而且还有更多优点。

（1）AUT检测可以拥有聚焦功能，而常规超声波一般没有（除了聚焦探头外），所以相控阵检测的灵敏度和分辨率都比常规超声检测高。
（2）AUT检测可以同时拥有B扫、D扫、S扫和C扫描，可以通过建模，建立一个三维立体图形，缺陷显示非常直观，哪怕不懂NDT的人都能看明白，而常规超声波只能通过波形来分辨缺陷。
（3）AUT检测可以检测复杂工件，比如可以检测涡轮叶片的叶根，常规超声波检测因为探头声束角度单一，存在很大的盲区，造成漏检。而相控阵可以快速，直观的检测。

（4）AUT检测采用S扫，即同时可以拥有许多角度的超声波，就相当于拥有多种角度的探头同时工作，所以相控阵无需锯齿扫查，只要沿着焊缝挪动探头即可，检测效率更高。适用于自动化生产，和批量生产。

全自动超声波相控阵检测系统是超声波技术与计算机技术相结合的一种检测技术，具有检测效率高、检测结果准确及相对直接的显著特点，而全自动超声波相控阵检测准确性及检测速度70%取决于全自动超声试块的调节。

1全自动超声波相控阵试块调节的准备工作

全自动超声波相控阵检测系统分为软件、硬件部分，软件部分已经是成熟技术且一般为厂家给定暂时不需要改进，而硬件部分的日常保养则是能否快速调校的关键。

1.1 全自动超声波相控阵检测工装检查

首先，检查全自动超声波相控阵检测系统工装是否平稳固定，这是检测系统校准的关键因素。

其次，影响设备校准准确性的相关因素是扫查架、弹簧加载臂、弹簧、防磨钉高度。

扫查架在初次调校完成后应紧固牢靠，避免因在运输、搬运、检测过程中震动导致紧固螺栓松动造成退扣，导致探头中心距变化（超声波声程变化）导致无法快速完成校准。

弹簧加载臂底端轴承松动也是影响试块校准的相关因素。

弹簧的弹力大小影响耦合层厚度，弹力过小造成耦合层厚度过小，在试块校准时出现两次校准图波幅相差过大，弹力过大在检测过程中导致楔块离开被检工件表面造成数据丢失。

防磨钉子高度易控制0.1mm，防磨钉高度大于0.1mm影响楔块与试块间耦合层厚度均匀性易造成波幅不稳，小于0.1mm造成楔块磨损严重易出现双峰。

1.2硬件检查

初次调校完成后，在不改变设置情况下在试块上连续做10次校准，如出现闸门位置偏差超过±0.5mm、主反射体波幅相差超过1dB时、相邻反射体覆盖超过0.5dB时应检查是否检查工装部分的稳定性。

1.3对比试块制作及日常保养

全自动超声波相控阵检测所用对比试块应根据焊接工艺参数进行设计并制作，焊接工艺中坡口形式、根焊高度、钝边高度、填充区层数决定了全自动超声波相控阵检测试块类型，而全自动焊接过程中人为干扰因素小，焊接过程出现缺陷往往是成批量出现，从工程质量角度出发，要求每一个焊接机组后紧跟着一个全自助超声波检测机组。因此每一块试块通常情况下只适用于一个全自动超声波相控阵检测机组。

全自动超声波相控阵检测试块制作通常需要15天，一块试块制作成本大所以日常对试块保养尤其重要。试块应固定在专用试块架上，不得挤压，日常使用中应注意防锈，如用水做耦合剂通常情况下是每班工作后进行防锈处理，如是在寒冷地区施工使用防冻液作为耦合则每周进行一次保养。如试块出现浮锈则应立即进行去除，避免因浮锈导致出现超声波波束折射率引起的设置变化,浮锈通常采用1000目的细砂纸去除。

2试块调校方法

2.1根部通道调校

根部通道包括带状图通道（A扫）和根部B扫描通道，自动生成的参数表中通常情况下根部通道激发晶片数为16个，而根部B扫描通道为17个，考虑到对相邻区覆盖，通常采用先调校带状图中根部通道，以标准CRC试块为例，通常情况下，坡口角度为37.5°，探头入射角度为52.5°，聚焦晶片为16～19不等，通过调节起始晶片数、激发晶片数的方法使根部通道达到最佳波峰值，一般情况下不宜采用改变角度对根部带状图通道进行调节；根部B扫描在保证探头不动的前提下进行调节，先改变聚焦法则中激发晶片数使之与带状图中激发晶片数一致在调节起始晶片数使波幅达到最高值。

2.2热焊区调校

典型CRC试块热焊区通常为2.3mm,按照SY/T4112-2017标准规定按照弦长进行分区，一个分区高度为1.15mm,分区高度比较小，而覆盖通常情况难以调节到最佳范围值，通过情况下入射角度为50°，目的是避开根部内焊道余高在检测过程中出现的几何反射信号对热焊区缺陷的掩盖。

2.3钝边区调校

钝边区通常采用一发一收方式进行调节，入射角度通常采用接近55°进行调节，而钝边区调节过程中通常情况对根部区覆盖超标，通常增加入射晶片的激发晶片数、减小接收晶片的激发晶片数，对超声波进行聚焦。使波速接近垂直入射到反射体上。当采用多种方式调校组合，覆盖仍大于标准规定时在检测结果评定时应减去覆盖超标部分。

2.4填充区调校

按《油气管道环焊缝全自动超声波相控阵检测技术规定》 CDP-G-OGP-OP-088-2019-2规定同角度相邻区覆盖应控制6～24dB之间因此填充区通道的调节是试块校准的重点也是难点。

典型CRC坡口通常采用一发一收的方式进行调校，当坡口角度为5°时，通常入射角度采用45～50°，接收角度采用55～60°，通常情况下采用的方法分为：改变激发片数、改变超声波入射角度的一种或者两种组合使用。

2.5盖面通道调校

盖面区通常采用一发一收方式进行调节，入射角度通常采用接近55°进行调节，而盖面区调节过程中通常情况对最后一个填充区覆盖超标，通常增加入射晶片的激发晶片数、减小接收晶片的激发晶片数，对超声波进行聚焦。

2.6体积通道调校

体积通道是带状图中调校最简单的，但体积通道也是调校过程中最易出现目标反射找错的，校准图初次调校时一般不易发现目标反射体找错，只有通过完整的扫查图才能发现找错目标反射体。体积通道控制对相邻区覆盖在6～24dB最佳方法是改变入射角度使波束垂直到所有检测到的目标反射体上，当试块制作出现偏差时，可以通过增加和减少聚焦法则中激发晶片数量来达到对相邻通道的覆盖。

3结束语

全自动超声波相控阵试块调校是AUT检测过程中的重要环节也是能否对缺陷进行检出的关键，能否快速的完成校准工作决定了能否满足施工要求的关键环节，通过实践当主声束对相邻区覆盖在10dB左右时能够保证当日检测过程中不对相邻反射体覆盖进行调校,因此每班检测前的首次校准是相当关键的。

参考文献：

[1] 《石油天然气管道工程全自动超声波相控阵检测技术规范》 GB/T 50818-2013

[2] 《油气管道环焊缝全自动超声波相控阵检测技术规定》 CDP-G-OGP-OP-088-2019-2

[3] 《超声波检测》 郑辉