冷百廣 馬庚堯

摘 要：相控陣超聲波檢測在項目施工中作為一項新技術(shù)，越來越被檢驗人員重視和廣泛應(yīng)用。通過人員防護、現(xiàn)場作業(yè)、檢測速率、數(shù)據(jù)存儲、環(huán)境保護、發(fā)現(xiàn)缺陷的能力等多方面與傳統(tǒng)射線檢測進行比較，進一步突出相控陣檢測在實際應(yīng)用中存在的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：相控陣；射線；實際應(yīng)用；優(yōu)勢

隨著超聲波系統(tǒng)技術(shù)的不斷完善，相控陣檢測與射線檢測逐步成為相輔相成的兩種檢測技術(shù)。兩種技術(shù)都可以探測工件或焊縫內(nèi)裂紋、圓形缺陷、未熔合或未焊透等缺陷，因此在實際應(yīng)用中，相控陣超聲波檢測越來越多的用來代替射線檢測，且隨著相控陣超聲檢測被廣泛的接受與應(yīng)用，相控陣超聲檢測的操作方法也逐步出現(xiàn)在各類檢驗規(guī)范之中。

相控陣超聲技術(shù)是超聲波技術(shù)的發(fā)展與延伸，初期主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學超聲成像的原理是用相控陣換能器快速移動聲束對被檢器官進行成像。最初，系統(tǒng)的復(fù)雜性、固體中波動傳播的復(fù)雜性及成本費用高等原因使其在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用受限，然而隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，超聲相控陣技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)無損檢測。而射線檢測時產(chǎn)生的射線對人體具有生物輻射效應(yīng)，達到一定的程度會對人體造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害?；趦煞N檢測技術(shù)工作原理的不同，下面對相控陣檢測的優(yōu)勢進行深度論述。

1.人員防護

射線檢測時防護不當或連續(xù)工作時間過長，可能對人體造成大劑量短時間急性照射或小劑量長期慢性照射，其對人體的損傷時間和癥狀程度也各有不同。急性損傷一般早期即可表現(xiàn)出來，有些也會經(jīng)過一段較長的潛伏期。早期的射線傷害有造血器官損傷、消化系統(tǒng)損傷型和中樞神經(jīng)損傷等。射線的慢性傷害在判斷上比較困難，因為受照后至發(fā)現(xiàn)癥狀之間歷時較長，其因果關(guān)系不易判明，此外，射線引起的自覺癥狀和他覺癥狀沒有任何特異性。而且射線檢測時的安全半徑一般在30米以外，在項目施工中通常需要進行隔離作業(yè)，如果現(xiàn)場施工區(qū)域較小，通常無法進行交叉作業(yè)，必要時只能夜間作業(yè)，對檢驗人員既有輻射危害也會因夜間工作產(chǎn)生身體損傷。

因此射線檢測牽涉到時間防護和距離防護兩個方面，除控制輻射時間和保持安全距離外，工作人員還需配備鉛服、鉛帽、鉛手套等屏蔽防護裝備。而相控陣超聲檢測對人體不存在輻射傷害，也沒有其他人員傷害的因素，可以多工種進行交叉作業(yè)，也無需進行特殊防護裝備，因而相控陣檢測較射線檢測在實際操作中更安全可行。

2.現(xiàn)場作業(yè)

目前使用的射線設(shè)備通常為X射線機，其體積較大，攜帶不夠方便。有些預(yù)制口之外的現(xiàn)場焊口，因施工空間較小或施工區(qū)域的位置特殊性，往往無法擺放檢測設(shè)備，或達不到安全半徑的要求，增加多重施工時的危險因素。如高空現(xiàn)場口，擺放射線機困難的同時，檢驗人員登高作業(yè)更換射線底片，需多次上下腳手架，增加人員磕碰、高空墜落的傷害幾率。

對于相控陣檢測，經(jīng)過技術(shù)不斷提高、設(shè)備不斷改進，相控陣超聲設(shè)備變得越來越輕便，價格越來越便宜，使用起來也越來越容易操作。在實際應(yīng)用中受施工空間的限制較小，同一道焊口即時可以完成檢測作業(yè)，比射線設(shè)備在施工空間限制上具有更大優(yōu)勢。

3.檢測速率

在檢測速率上，相控陣檢測比射線檢測優(yōu)勢更加明顯。以4寸雙加強管線焊口為例，如使用射線檢測，通常一道焊口要拍5-6張底片，每張底片拍攝時間為3分鐘左右，更換底片時間為每張3分鐘左右，拍攝一道焊口所需的時間大致為30分鐘，加上設(shè)備位置調(diào)整、底片處理的時間，平均到每道焊口的時間往往在40分鐘以上。而相控陣檢測一道焊口所需的時間為3-5分鐘，檢測速率為射線檢測的6-10倍，在項目施工時可極大的縮短工期，獲得更多的經(jīng)濟效益。

4.數(shù)據(jù)存儲

常規(guī)的射線檢測數(shù)據(jù)存儲方式為射線底片存儲，由于拍攝條件、洗片條件或觀片條件限制，常會出現(xiàn)影像不清晰或缺陷難以判斷的情況，且底片保存時會因外界原因存在劃傷底片的風險，如果整理不當或人為失誤，也可能造成底片損壞或丟失。底片的存儲也有時間的限制，一般射線底片最多保存5-7年，且隨著保存的時間累積，完好的射線底片也會變的越來越模糊，偏離實際檢測結(jié)果。

相控陣檢測技術(shù)不僅可以實時進行超聲數(shù)據(jù)分析，向焊接工程師或電焊工反饋數(shù)據(jù)信息和提供評估結(jié)果，還可以以電子格式出具檢測報告和存儲檢測數(shù)據(jù)。依據(jù)目前通訊、數(shù)據(jù)拷貝和存儲的能力，電子數(shù)據(jù)傳輸、存儲及分析都極為便利。在保存便利的同時，數(shù)據(jù)隨時可以真實清晰的還原檢測結(jié)果，因此相控陣檢測在數(shù)據(jù)存儲方面的優(yōu)勢也逐步突出出來。

5.環(huán)境保護

射線檢測完成后，在處理射線底片時，都會用到顯影液和定影液。顯影液的主要成分有米吐爾、菲尼酮、對苯二酚等，定影液的主要成分有硫代硫酸鈉或硫代硫酸銨、硫酸鉛鉀（鉀明礬）、硫酸鉻鉀（鉀鉻礬）、冰醋酸等。所使用的以上藥液都含有多種化學物質(zhì)，如果運輸失誤、使用不規(guī)范、回收不利或處理不當，都會對水源或土壤等造成污染，不利于環(huán)境保護。

相控陣超聲檢測時所使用的耦合劑為水或甘油，目前使用較多的是水，不僅隨處可取，而且使用過程中和使用后，都不會對環(huán)境造成損害，這也是相控陣檢測一項明顯的優(yōu)勢。

6.發(fā)現(xiàn)缺陷的能力

射線在穿透物體過程中會與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射使其強度減弱。強度衰減程度取決于物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿透的厚度。如果被透照物體（工件）的局部存在缺陷，且構(gòu)成缺陷的物質(zhì)的衰減系數(shù)又不同于試件，該局部區(qū)域透過射線的強度就會與周圍產(chǎn)生差異，即缺陷部位和完好部位的透射射線強度不同，底片上相應(yīng)部位就會出現(xiàn)黑度差異。對于氣孔、夾渣等體積性缺陷射線檢測結(jié)果特別直觀，而對于裂紋、未熔合等面積型缺陷，因厚度變化差小，檢出率就會較低。同時，基于現(xiàn)在X射線透射的能力，檢測工件最大的厚度限制在50-60mm，具有極大的局限性。

超聲波檢測缺陷的工作原理是，若在一個工件中存在一個缺陷，即造成了缺陷和材料之間形成了一個不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后，就會發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。反射波的高度和形狀因缺陷性質(zhì)的不同而不同。而相控陣超聲探頭是一個較長的常規(guī)超聲探頭，將其切割成許多小的晶片，每個小晶片都可以獨立激發(fā)，就像是將許多小的常規(guī)超聲探頭集成進入一個探頭中。因此，相控陣檢測對裂紋、未熔合等面積型缺陷特別敏感，還可測量出缺陷高度、深度等信息。同時，相控陣超聲檢測的最大厚度可達到200mm左右，基本可以滿足所有被檢工件厚度的要求。

另外，相控陣檢測完成后通過對缺陷高度的測量、體積維度的判斷和缺陷類型及長度的分析，從而對缺陷進行精確定量，以降低產(chǎn)品返修或報廢的數(shù)量，還可以通過檢測大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分析，改善焊接方法和焊接工藝。因此，在項目施工中使用相控陣超聲檢測代替射線檢測已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

參考文獻：

[1] 百度詞條

[2] 趙曉鑫，王伏喜，鄂楠，李斌.相控陣檢測與射線檢測的缺陷識別對比[J].無損檢測，2016，38（1）：41-43.

[3] 鐘志民，梅德松.超聲相控陣技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].無損檢測，2002，24（2）：69-71.

作者簡介：

冷百廣（1985.8-），男，助理工程師，煙臺大學-輪機工程專業(yè)，學士，海洋石油工程股份有限公司，主要從事無損檢測施工及研究工作.

馬庚堯（1987.2-），男，助理工程師，天津大學-公共事業(yè)管理，海洋石油工程股份有限公司，主要從事無損檢測施工及研究工作.