前言 螺栓广泛应用于火电、风电等部件的连接上，在役使用过程中需承受复杂的应力、温度等作用，容易出现断裂或失效，其安全性越来越多地受到人们的重视。如何在不拆卸螺栓的情况下，检测出螺栓 的疲劳裂纹始终是个难题。疲劳裂纹的检测，理论上来说是可以使用常规超声检测方法的，但在役设备检测空间有限，探头可达性差，检测灵敏度低，需要将设备停机，将螺栓卸下来再进行检验。超声相控阵技术是无损检测领域中的新技术，均可在不移动探头的情况下实现较大角度范围的扫查，能实现对缺陷的各种视图成像，检测结果直观，便于对缺陷的识别与判定。并且这种技术能对几何形状复杂的工件进行检测，可通过软件控制，提高检测分辨力、信噪比和灵敏度。 1.基本理论 超声相控阵技术检测原理为：通过控制阵列换能器中各个阵元的激励与接收脉冲的时间延迟，来改变各个阵元发射（或接收）声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，从而完成相控阵的波束合成，形成成像扫描。超声相控阵技术可以通过软件来控制波束的特性、扫查角度范围、聚焦深度和焦点尺寸等，因而在很大程度上克服了常规超声方法由于声束的方向性带来的检测局限性。 2.系统介绍 GSCAN 200是我司与高校联合研发设计、基于超声相控阵检测原理针对在役及非在役螺栓检测的一款螺栓专用的相控阵探伤仪。该机体积小、重量轻，硬件性能强，软件功能完善，操作简单，是现场检测的不二之选！ 3.产品特点 l  8.4彩色液晶触摸屏 l  16/64、32/64两种型号可选 l  配备AutoCAD高级工件轮廓图形加载模块 l  配置螺栓检测专用探头 l  兼具常规相控阵检测功能 l  A/B/S/C/TOFD/离线3D等多种显示模式 4.性能指标 5.应用场景 应某风电叶片厂委托我司派两名工程技术人员到现场对风电螺栓进行检测。现场检测如下图： 检测效果示意图如下： 总结： 通过上面检测效果图可以看到除去底波显示以外，检测区的画面很清晰颜色基本一致，看不到有杂波、侧壁干涉波、固有回波等常规超声手段检测时出现的干扰波形显示；这些都归功于G-SCAN200强大的软件处理功能以及相控阵实时聚焦的特点；相较于现下其他相控阵设备，GSCAN200在螺栓检测方面表现的更加全面，效果清晰、操作简单、检测效率更快。

常压储罐，一般是指钢制立式圆筒形焊接储罐，是国家能源保障、战略储备、商业储备以及石油石化行业生产必不可少的重要储存设备。据统计，至2017年，我国已建成九大国家石油储备基地，原油储备能力达3770万吨/4400万立方米。按照《国家石油储备中长期规划》的要求，到2020年我国的石油储备能力将达到8500万吨/10000万立方米，折合10万立方米储罐1000台。加上商业储备公司、社会仓储公司以及石油石化等行业生产用各类储罐，在役常压储罐数量非常可观。   在役储罐一旦发生破坏，不仅会造成物料损失，还可能引发燃烧、爆炸、中毒等事故。2014年1月，美国自由工业公司一台175立方米的常压储罐发生事故，造成了严重的生命和财产损失。事故的直接原因是，储罐投用后至少10年没有进行过检验和维修，致使罐底板腐蚀穿孔，近40吨4-甲基-1-环己烷甲醇(MCHM)和聚乙二醇醚(PPH)混合物渗流进入储罐周围的碎石和土壤中，**终进入河流和居民的饮用水系统。   因此，加强常压储罐的在役检验具有非常重要的意义，而无损检测技术在其中发挥着至关重要的作用。    1.常压储罐的主要损伤机理和失效模式   常压储罐的设置方式、操作条件和受力状态决定了其损伤机理和失效模式与压力容器不同，标准API 575-2014《常压和低压储罐的检测》指出：腐蚀是钢制储罐及其辅助设备失效、破坏的主要损伤机理，储罐检测的主要目的是查找腐蚀位置，确定腐蚀程度。罐体腐蚀减薄导致的失稳和穿孔渗漏是常压储罐的主要损伤模式。此外，材料劣化、焊缝裂纹、机械接触损伤、疲劳裂纹等也是大型储罐失效的常见原因，储罐的检测方法应针对其失效机理进行选择。   2.无损检测技术的选择及应用   1、目视检测   目视检测，指用人的眼睛对被检件进行检查，是古老、用途广泛的无损检测方法，必要时也可借用简单的辅助工具，比如检测锤、放大镜、焊缝尺等。从广义上来说，只要用视觉进行的检查都可以称为目视检测。2012年国内以标准的形式将目视检测明确为承压设备行业的一种专业无损检测方法，标准代号为NB/T 47013.7-2012《承压设备无损检测 第7部分：目视检测》。   目视检测同样适用于常压储罐的在役检验，目视检测不但可以发现缺陷，而且在某些方面比采用仪器检测更为直观，例如在结构完整性、罐体腐蚀、变形、泄漏、表面裂纹、罐体保温层、防腐层的损坏等方面。目视检测是宏观检查的主要手段，通过目视检测还可以明确需要做进一步检验的部位或部件及其检验重点。 2、超声波测厚   超声波测厚是厚度测定常用的方法，是检查设备腐蚀减薄直接有效、经济可靠的办法，通过厚度测定可以找出设备相应部位的腐蚀规律，及时发现隐患。对于常压储罐而言，壁板的重点检测区域一般为底板向上1 m的范围，拱顶的检测重点为腐蚀严重部位，浮顶的检测重点为明显腐蚀部位。 为了解决手工测厚需要搭设脚手架的问题，国内外仪器厂商已开发出了多款自动爬壁检测机器人，通过遥控操作，可使机器人到达罐壁任意指定位置，采用水耦合或者空气耦合，不需要对罐壁进行处理，即可进行厚度检测或者超声波A/B/C扫描检测，有的产品检测速度可达10m/min，还可以顺利通过厚度25mm以上的焊缝，从而大大提高检测效率。   超声波测厚方法适用于罐壁板、顶板均匀腐蚀的检测，但一般不宜将其作为主要腐蚀状态为非均匀腐蚀的底板腐蚀的检测手段。由超声波测厚的原理(见图1)可以知道，超声波传感器发出的脉冲穿过被检物体到达材料的分界面时，脉冲被垂直反射回传感器，通过测定超声波在材料中传播的时间即可确定材料的厚度，而罐底板腐蚀形貌主要是溃疡状的坑腐蚀，腐蚀部位上下表面不平行，超声波不能被反射回发出脉冲的传感器，因而很难检测出腐蚀部位的实际厚度。 图1 超声波测厚原理示意   3、底板漏磁检测   漏磁检测是一种高效的无损检测方法，广泛应用于各种铁磁性材料的缺陷检测与评估。20世纪70年代英国天然气公司将该技术应用于在役管道的检验并开展定量分析，漏磁检测技术取得了长足的进展，我国在2007年即推出了JB/T 10765-2007《无损检测金属常压储罐漏磁检测方法》。漏磁检测是目前检测有效性、准确性和检测效率高的储罐底板腐蚀检测方法。采用漏磁检测仪能够准确地检测出腐蚀位置，水平较高的仪器位置准确度可以达到毫米级。   漏磁检测原理如图2所示。当一个含缺陷的铁磁性工件被施加磁场时，由于铁磁材料的磁导率与缺陷处的不同，磁通在缺陷处发生畸变，一部分磁通(图中第3部分)会逸出工件表面，穿过空气后再回到S极，这一部分就是所谓的漏磁，漏磁场的强度与缺陷的大小和深度成一定的比例关系，用霍尔元件检测到这部分磁通的大小，通过计算即可知晓缺陷的大小和深度。 图2 漏磁检测原理示意 由于漏磁扬的强度与缺陷的大小和深度都有关系，检测结果显示的腐蚀深度为当量深度，而非实际腐蚀深度。因此，漏磁检测结果需要采用超声波直探头或超声波C扫描等方式复查确认。图3为某储罐底板的漏磁检测结果。 图3 某储罐底板漏磁检测结果 漏磁检测的局限性在于只能在开罐状态下实施，必须事先进行清罐处理，不但会产生高额的辅助工作费用而且还会造成停产损失。另外，由于检验条件和仪器自身限制，检测范围不能达到100%，边角部位、盘管覆盖等部位无法覆盖到。为了保证检测覆盖率，需要用小型的手动边角扫查器进行补充检测。   4、底板声发射检测   声发射检测在承压设备检测中的应用已非常成熟，对裂纹类或蠕变类损伤的声发射机理已经比较清楚，在管道和容器的检测和监测中，均有很多实际应用成功案例。对于储罐腐蚀检测，虽尚未完全搞清腐蚀产生声发射的机理，但声发射技术在常压储罐检测上的应用也越来越多，其主要用来探测底板的腐蚀状态或渗漏位置。研究人员常用的做法是，通过安装在罐壁下部的声发射传感器阵列采集腐蚀或泄漏产生的声发射信号，根据检测结果划分综合等级。按照现行标准，可将底板腐蚀状态分为5个等级，如表1所示。 承压设备与常压储罐声发射检测的比对如表2所示。 5、高频导波检测   导波检测是一种以点代面的快速母材超声波检测技术，可以通过一个很小的检测区域对周围一定范围进行100％面积的覆盖检测，检测效率高，检测结果直观，具有一定的检测灵敏度和定位精度，是目前对各种板材或者复合板材比较有效的缺陷检测方法，可以准确地发现板材中毫米级以上的腐蚀坑或线性缺陷。导波检测一般可以与声发射技术相结合，在线检测储罐边缘底板的腐蚀状况，验证声发射检测结果，也可以在开罐状态下，作为漏磁检测的补充。高频导波检测的缺点是衰减快，传播距离短，一般检测范围只有1~2 m。   6、三维激光扫描检测   罐体变形是大型常压储罐主要的失效模式。储罐在服役过程中，受风载、地基沉降、液位静压等因素的影响，罐体可能发生变形、倾斜、沉降等损害，不仅影响储罐的计量精度，严重时会造成卡盘、沉顶、泄漏、破裂等事故，因此对罐体的变形检测和监测非常重要。传统的罐体测量方法主要有围尺法、光学参比线法、光电测距法、全站仪法等，这些检测方法普遍存在测量时间长、工作强度大、检测成本高、结果精度低等缺点。此外，由于油罐所处地形及周围环境复杂、罐体较大、罐间距较小，传统检测方法实施起来也会遇到各种各样的困难。 三维激光扫描技术是近年来出现的新的测量技术，也被称为“实景复制技术”，其利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面密集点云的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复制出被测目标的三维模型及线、面、体等数据，从而获取精准的测量数据和结果。从扫描图上可以直观地看出各部位的变形情况，一般将可接受区域以绿色表示，外凸超标区域以红色表示，内凹超标区域以蓝色表示，并且可以读出指定部位的检测值。图4~7为某常压储罐的扫描检测结果。 图4 罐壁扫描结果 图5 罐底扫描结果 图6 罐体某平面圆度扫描结果 图7 罐体某母线垂直度扫描结果 7、焊接表面检测           磁粉检测和渗透检测是两大常规表面检测方法。磁粉检测适用于铁磁性材料表面和近表面缺陷的检测，其灵敏度高、检测速度快，能直观地显示缺陷的长度和形状，但难以确定其深度。渗透检测适用于表面开口缺陷的检测，对于钢制储罐而言，其检测有效性、准确性、灵敏度均劣于磁粉检测，而且探伤剂一般都具有毒性，因而常压储罐的表面检测应优选磁粉检测，在不能实施磁粉检测时，可选用渗透检测。 从罐体受力状况分析，立式常压储罐是典型的薄壳结构，壳体在自重和液体静压的共同作用下，承受环向薄膜内力和弯曲内力，按第四强度理论计算，其等效应力**大值位于罐壁下部。根据经验公式，**大应力位置距底板的高度H为： H= 式中：R为罐体半径；T为罐体厚度。             对于容积为100000立方米的储罐，H≈2.3m；对于容积为2000立方米的储罐，H≈0.8m；可见储罐**大应力的位置一般位于**层壁板或第二层壁板靠近一、二层壁板间环焊缝的位置，对于底板而言，中幅板主要受液体的静压作用，应力值很小，而边缘板由于受到向外扩张的壁板的作用，承受很大的径向弯曲应力，边缘部位受力较大，向里则迅速衰减。表面裂纹的产生主要与承受的应力大小有关，因而应对**、二层壁板间的丁字缝、**层壁板纵焊缝、大角焊缝、边缘底板对接焊缝、接管与壁板连接的角焊缝以及宏观检查发现有渗漏痕迹的部位实施表面检测。   8、焊接内部检测   射线检测和超声检测是应用广泛的焊缝内部缺陷检测方法， 超声波衍射时差法(TOFD)技术也可用于焊缝内部缺陷的检测。对于常压储罐而言，射线检测体积型缺陷的检出率很高，缺陷定量准确，有胶片作为检测记录；而超声检测面积型缺陷的检出率较高，检测成本低、速度快，对缺陷在工件厚度方向上的定位较准确，但没有直观的缺陷记录；TOFD适用于板厚12mm以上的板材，检测效率高，可靠性好，定量精度高，能全程记录信号，长久保存数据。 焊缝内部缺陷一般都是在建造施工过程中产生的，诸如夹渣、气孔、未熔合、未焊透等。由于常压储罐在运行过程中的受力状态较为简单，应力较小，焊缝中原始制造缺陷扩张的可能性较低，焊缝中即使保留某些超标缺陷也不会导致焊缝开裂或罐体失效。笔者在检验实践中曾多次遇到过壁板焊缝，甚至整圈焊缝存在发现大面积超标缺陷的情况，参照GB/T 19624-2019《在用含缺陷压力容器安全评定》进行评定后，发现这些缺陷的存在不影响储罐的安全运行。因而一般情况下，不必进行焊缝埋藏缺陷的检测。   3.无损检测技术综合比较 目视检测 适用缺陷：腐蚀、变形、泄漏、开裂 主要优点：简单、直观、经济 主要局限性：检测环境和主观因素对检测结果影响较大   超声波测厚 适用缺陷：罐体腐蚀 主要优点：快速、方便、经济 主要局限性：不适用于非均匀腐蚀检测   漏磁检测 适用缺陷：底板腐蚀 主要优点：定位定量准确、检测有效性高、准确性高 主要局限性：辅助费用高   声发射检测 适用缺陷：底板腐蚀/渗漏 主要优点：快速、经济、全覆盖 主要局限性：不能定量，检测结果受环境影响较大   导波检测 适用缺陷：罐体腐蚀 主要优点：快速、准确，可在线检测 主要局限性：衰减过快，覆盖范围小   3D扫描 适用缺陷：罐体变形/沉降 主要优点：快速、准确、直观 主要局限性：精度低于全站仪   磁粉检测 适用缺陷：表面/近表面缺陷 主要优点：灵敏度高、微小缺陷检出率高 主要局限性：仅适用于铁磁性材料   渗透检测 适用缺陷：表面开口缺陷 主要优点：结果直观 主要局限性：仅适用于开口缺陷   超声检测 适用缺陷：内部缺陷 主要优点：面积型缺陷检出率高、高度方向定量准确 主要局限性：没有直观记录   射线检测 适用缺陷：内部缺陷 主要优点：体积型缺陷检出率高、有直观的胶片记录 主要局限性：检测成本高，厚度方向位置、尺寸确定困难   TOFD检测 适用缺陷：内部缺陷 主要优点：定量精度高、可靠性好 主要局限性：适用于12mm以上板材，工件表面存在盲区    结 论 ：   无损检测技术在常压储罐在役检验中应用非常广泛，不同检测方法有其不同的应用范围，储罐检测的重点是腐蚀检测。开罐检验中应**漏磁检测；在线检验中应**声发射和超声导波检测；表面检测和3D扫描检测也是常用的检测方法。随着储罐的大型化、复杂化、高参数化，对新的无损检测技术的需求也会日益增长, 希望能有更加智能化、自动化的无损检测仪器应用于常压储罐的在役检验中。  

 01关于A扫描   A扫描来源于英文单词Amplitude，即幅值的意思，也即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。   基于A扫的缺陷判定方式，当在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射,反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。   这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。   如图1所示为缺陷的A扫描判定方式。     02关于B扫描   B扫描来源于英文单词birightness，亮度的意思，扫描图像以二维图像显示，屏幕显示的是与声速传播方向平行且与工件的测量表面垂直的剖面。   其亮度信息，则是通过计算反射回来的超声波的强弱来确定。   如图2所示为B扫描显示方式。   03关于C扫描   C扫描来源于英文Constant depth，意思是恒定的深度，是对某一深度的截面进行扫描，是二维平面内移动并选取A扫描特定深度的点的信号成像，显示的是水平截面的缺陷信息。   如图3所示为C扫描显示方式。 上面所有的扫描方式放在一个示意图中可以表示为图3的更加形象的方式   04当A,B,C在一起 （图4 超声A、B、C扫描显示方式）   A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离，纵坐标是超声波反射波的幅值。   在一个钢工件中存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射,反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。   这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性质。   B扫描方式在扫描图像以二维图像显示，屏幕显示的是与声速传播方向平行且与工件的测量表面垂直的剖面。   C扫描就是三维成像扫描，扫描结果为工件的横断面。

 1  焊缝超声相控阵S扫描识图原理   焊缝常规超声检测是用固定的折射角——45°、60°和70°进行的，而相控阵超声检测则在一定角度范围内进行声束扫查。   通常，相控线阵斜探头（横波）检测的声束扫查范围为35°～75°。   图1表示相控阵超声探头声束扫查焊缝的截面图。   当用直射法（即一次波或0.5S波）检测时，焊缝仅下半部被声束扫查到；但用底面一次反射法（即二次波或1.0S波）检测时，声束就能全部覆盖整个焊缝截面。   比如，图示焊缝中的缺陷a，能被二次波检出，显示为镜像a-。   在相控阵超声波探伤仪显示屏上，使用2.5倍的厚度范围，整个焊缝体积就能显示在单一图像中。 2  典型焊接缺陷的相控阵S-扫描图谱   以下对两种典型焊接接头型式（V型坡口单面焊和T型接头组合焊）展示了9张典型焊接缺陷的相控阵S-扫描图例。   单面焊接缺陷有：焊趾裂纹，近底面坡口未熔合，近表面未熔合，密集气孔；T型接头组合焊缺陷有：根部未焊透，翼板侧未熔合，焊道下裂纹，焊趾裂纹。   为便于图像解释和评定，这里通过专用软件，特意添加了相应的焊缝探测布置截面图，绘出了焊接结构和线阵相控探头（包括线阵斜探头或线阵直探头）的布置。   S扫描图加探测布置图就是焊缝相控阵超声检测的读谱“焦点”。   注意，探测布置图中含有超声波在被检焊缝中的声束传播路径（声路），特别是用一次反射波（即二次波）检测时，二次波的S扫描图像是用一次波在二倍板厚中的延伸图像表示的，凡用二次波检测到的缺陷或焊缝轮廓均用“镜像”表示。   2.1  焊趾裂纹     图2表示用线阵相控超声斜探头探测V型坡口单面焊缝时，由探头声束S-扫查扫到的焊趾裂纹所显示的声像图，及相应的焊缝探测布置截面图。   因焊趾裂纹位于探测面一侧，该缺陷是是用超声二次波（或1.0 S波）探到的。   图2中显示了被检焊缝和缺陷的镜像。   裂纹高度是根据裂纹端角回波与裂纹**的衍射信号之间的传播时间差所对应的深度距离测出的。   裂纹的相控阵测高指示值为3.6mm，实测值为3.8mm，测量误差－0.2mm。   应仔细观察焊趾裂纹两信号的镜像特征：即端角反射信号波幅甚强，声像较大，而**衍射信号波幅较弱，声像较小。   为准确测出该表面开口裂纹的自身高度，要特别注意水平光标线通过该裂纹**衍射声像中的交点位置（垂直光标线为该裂纹在板厚方向的高度延伸线）。   2.2  近底面坡口未熔合     图3是靠近被检焊缝内表面的坡口未熔合的相控阵超声一次波S-扫描图像，及相应的探测布置截面图。   该未熔合离内表面深度距离为1.5mm。   图3（左）表示相控阵扇形声束检测原理和V型坡口单面焊焊缝根部的阴影效应。   图3（右）则表示S扫描外加D扫描(探头沿焊缝轴线方向移动或称非平行扫查)动作，能给出未熔合的“三度”尺寸：即长度、高度和离内表面的深度。   注意，线阵相控超声斜探头在图示一侧探测时，焊缝根部信号（或称几何信号）有可能被该未熔合缺陷信号所掩盖。   若探头置于焊缝另一侧，则缺陷信号和几何信号两者图像均可见。 2.3  近表面坡口未熔合     图4是靠近被检焊缝上表面的坡口未熔合用超声二次波（1.0S波）检出时的相控阵S-扫描图像，及组合一起的探测布置截面图。   图4（左）表示二次波检测原理，用二倍板厚解释了声束和缺陷的镜像效应；图4（右）示出了覆盖焊缝截面的S-扫描图像和缺陷镜像，二次波延伸了一次波的扫描图像，焊缝和缺陷均反映在镜像中。 2.4  内部密集气孔   图5表示离上表面1.5mm的密集气孔用超声一次波（0.5S波）检出时，相控阵S-扫描的图像。   该气孔群尺寸为:1.5 ×3 ×10mm ( 用D扫描测其长度范围)。   图左为相控阵声传播原理，图右为覆盖焊缝截面的S扫描图像和密集气孔的声成像形态。   注意S-扫描图像中焊根形状信号的识别，其重要性与常规A-扫描形状信号（俗称假信号）的识别一样。 2.5  近表面密集气孔    图6表示焊缝中近表面密集气孔用超声二次波检测时的相控阵扇形扫描图像和附加的探测布置截面图。   图左为相控阵超声二次波检测声传播原理，用二倍板厚解释镜像效应；图右为相控阵S扫描图像与探测布置和超声声路，注意：扫描镜像中气孔群、单面焊根部及盖面焊角（余高与母材交界部位）的声成像特征与实际形态的对应性和特异性。   谙悉此特征，将有助于对焊接缺陷相控阵超声成像的表征、定性和分类。 2.6  T型接头根部未焊透和翼板侧未熔合   图7表示T型接头组合焊缝中存在的根部未焊透和翼板侧未熔合的相控阵S扫描图像。   线阵列纵波直探头置于翼板侧表面（探头阵列主动窗长度垂直于腹板端面），加一定范围的横向移动，并作一定角度范围的相控阵S扫描，即可检出此类焊接接头中的重要缺陷（包括根部未焊透、翼板侧未熔合，以及焊接裂纹和焊道下裂纹等）。   翼板侧S扫描外加纵向D扫描所得相控阵组合图像，对上述焊接缺陷的定位、定量十分有用。   另外，还应注意缺陷信号图像与焊缝几何信号（即表面形状信号）图像的识别。     2.7  T型接头翼板侧焊道下裂纹纵波声像    图8表示T型接头中存在的焊道下裂纹用线阵纵波直探头的相控阵检测原理和S扫描图像。   在图右所示的S扫描图像中，裂纹的自身高度用用竖线光标测量，而裂纹离翼板底面的深度距离用横线光标测量。   注意用光标对缺陷测高测深时，缺陷图像端点和特征点的截取位置。   2.8  T型接头翼板侧焊道下裂纹横波声像   由于被检工件和被检部位的可接近性受到限制，有时不能将超声直探头放在图8所示翼板平面上用纵波进行扫查，而只能在翼板另一面（即靠近组合焊缝和腹板的一面）用斜探头用横波进行探测。   图9就表示同一T型接头（即图8所示接头）中存在的翼板侧焊道下裂纹，在翼板另一面用线阵斜探头横波二次波的相控阵检测原理和S扫描图像。   图左表示用二倍翼板厚度解释超声二次波和焊道下裂纹的镜像效应，图右表示S扫描图像中焊道下裂纹的镜像形貌和定量（即焊道下裂纹测深定高）方法。   对缺陷信号图像定量测定时，同样要注意用竖光标和横光标对该焊道下裂纹镜像的测高测深取点问题（图示裂纹自身高度测量值为8 mm，离探测面深度距离测量值为1.4 mm）。 2.9  T型接头翼板侧焊趾裂纹和翼板侧未熔合 图10表示T型接头组合焊中存在的翼板侧焊趾裂纹和翼板侧未熔合，在翼板组合焊缝侧表面用线阵斜探头横波二次波作相控阵检测时的S扫描图像和相应探测布置（包括二次波的传播声路）。   在扫描镜像中用横线光标测出的焊趾裂纹高度为6.7mm，而裂纹实际高度为6.8mm。   与上述图2中的单面焊焊趾裂纹相控阵扫描图像相似，T型接头组合焊中焊趾裂纹用横波二次波扫查时，裂纹信号也会出现两个特征镜像：即端角反射信号图像和**衍射信号图像，准确移动光标，测取两特征信号间距，同样是对T型接头焊趾裂纹准确测高的重要细节。 3  小结 ⑴ 线阵探头的超声波相控阵S扫描可作为超声波成像工具。   ⑵ 相控阵检测时，焊缝缺陷的S扫描图像显示易于判读评定，缺陷信号和几何信号图像较之于常规的A扫描脉冲波形，易于分辨。   ⑶ 相控阵S扫描图像加上含有声传播路径的探测布置图，是焊缝相控阵检测读谱解谱的有效方法。特别是用二次波检测时，要善于读懂悟明镜像的实际位置和形貌特征。   ⑷ 缺陷测深测高可依据S扫描图像进行评定，测量时应注意垂直和水平光标的的截取位置。   ⑸ S扫描与D扫描结合使用，可完善缺陷定量表征信息，获取缺陷三维数据。   ⑹ 若将相控阵扫描数据输入三维图，并利用相关设计软件包，即可利用三维相控阵数据重建被检工件中的缺陷形态。

导读 比较了数字射线检测(DR)与胶片射线检测(RT-F)技术对油气管道环焊缝缺陷的检测能力，结合DR与RT-F的检测原理，制定了DR与RT-F检测的试验方案，设计加工了人工缺陷焊缝。 对人工缺陷焊缝进行了对比检测，从而比较DR与RT-F对不同类型缺陷的检测能力。 试验结果表明：数字射线检测与胶片法射线检测技术通过各自的设备器材及工艺曝光参数，可以检出不同类型的缺陷。   射线检测方法在管道环焊缝检测   管道环焊缝检测是管道施工过程的重要环节，而射线检测技术目前还是长输管道环焊缝的主要检测手段。 但相应的射线检测主要采用胶片成像技术(RT-F)，该技术检测周期长，效率低，经常影响施工进度。 射线底片长期保存后有的影像会变色或褪色，造成原有的底片无法复核原有的检测结果，而数字射线检测(DR)技术解决了传统胶片在存储、查询上的难题，能实现射线检测的实时成像，具有数字存储、缺陷图像计算机分析、远程评片等优点，是射线检测技术的发展趋势。 但国内DR工程应用的经验不多，因此通过设计加工包含不同类型缺陷的工艺焊缝，采用DR与RTF对其进行对比检测试验，从而验证DR应用于油气管道环焊缝检测的可靠性。   1.DR与RT-F检测原理   1.1 RT-F检测原理 RT-F利用射线穿透被检工件时，有缺陷位置和无缺陷位置对射线的吸收能力的差异进行检测。 感光胶片上对应缺陷的位置因接收到较多的射线，会形成较大程度的潜影，胶片经过显影、定影及干燥等暗室处理后，形成透照影像。 评定人员根据透照影像的对比度就可以判断工件中有无缺欠及缺欠的形状、大小和位置。 RT-F检测原理示意如图1所示。 (图1 RT-F检测原理)   1.2 DR检测原理DR技术 利用X射线的穿透特性和衰减特性，通过数字探测器来获得可被显示和记录的数字图像，检测原理示意见图2。 检测时，X射线透照过被检物体后，强度发生了改变，衰减后的射线光子被数字探测器接收转换为可见光或电子，通过电路读出并进行数字化处理后，将信号数据发送至计算机系统形成可显示、分析处理和存储的图像，进而实现图像数字化。 其检测过程包括透照，信号探测与转换，图像显示与评定3个阶段。 2.DR与RT-Ｆ对比试验 透照方式采用环焊缝内透中心法，将X射线机的焦点调整到环焊缝中心位置处，对预制人工缺陷的管道环焊缝进行周向曝光，分别采用DR与RT－F对人工缺陷焊缝进行单壁单影检测，然后对两种检测方法的结果进行对比分析。 DR与RT-F检测分别按照标准SY/T4109-2013《石油天然气钢质管道无损检测》中的第5部分(射线数字成像检测)和第4部分(射线检测)的相关规定进行。   2.1 RT－F系统及工艺参数   采用的射线机型号为YXLONEVO300P，焦点尺寸(宽×长)为0.5mm×5.5mm；胶片为AGFAC7型胶片；线型像质计为FE10－16。 检测参数如下： 采用中心透照方式；焦距为711mm；电压为260kV；电流为2.8mA；曝光时间为150s。   2.2 DR系统及工艺参数   采用D/PTech公司的DR检测系统；射线机型号为YXLONEVO300P，焦点尺寸(宽×长)为0.5mm×5.5mm；数字探测器像素尺寸为127μm；成像面积(长×宽)为150mm×150mm；线型像质计为FE10－16；双线型像质计为ISO19232H446。 检测参数如下： 中心透照方式；焦距为726mm；电压为260kV；电流为2.5mA；单幅图像曝光时间为3.2s。   2.3 人工缺陷管道环焊缝设计与加工   含人工缺陷的环焊缝采用： 1422mm×21.4mm(外径×壁厚，下同)的X80碳钢管道加工制作，焊缝坡口形式为V型坡口。 焊缝坡口结构及焊缝的RT－F透照布置如图3，4所示。 在焊缝的不同高度区域设计加工了60个不同类型的焊接缺陷，缺陷类型涵盖单个气孔、密集气孔、坡口未熔合、层间未熔合、根部未焊透和裂纹等，缺陷类型及分布的区域信息如表1所示，缺陷之间距离约为149mm。 、 (图3 焊缝坡口结构) (图4 RT-F检测的透照布置) 表1 缺陷类型及分布区域信息 2.4 检测程序 2.4.1 DR的检测程序   (1)根据被检工件(1422mm×21.4mm管道环焊缝)的管径和壁厚，依据标准SY/T4109-2013中的第5部分内容和DR曝光曲线，计算曝光工艺参数。 (2)设置DR系统参数，并进行DR探测器校正。 (3)将DR系统的轨道固定到管道上，DR图像采集系统安装于轨道，并在采取有效的射线防护条件下，对管道环焊缝进行检测。 (4)测定检测图像的分辨率、对比度、灵敏度、归一化信噪比、灰度值等图像质量指标是否符合标准要求，若不符合，对工艺参数进行调整并重新检测，直到图像质量指标满足标准要求。 (5)对符合标准要求的检测图像进行评定，标注缺陷，保存检测数据，生成DR报告。   2.4.2 RT-F检测程序   (1)根据被检工件的管径和壁厚，依据标准SY/T4109-2013中的第4部分内容和RT-F曝光曲线，计算曝光工艺参数。 (2)进行RT-F之前的工艺准备，包括射线机型号的选择、胶片、增感屏的选择，确定像质计、标记、暗盒、屏蔽板、标准密度片等。 (3)在采取有效的射线防护条件下，按照计算的曝光工艺参数，对管道环焊缝进行RT-F。 (4)对曝光后的底片进行显影、停影、定影、水洗和干燥，所得到底片的对比度、灵敏度、黑度、标记、表观品质应符合标准的要求。 若不符合，对工艺参数进行调整并重新检测，直到符合标准要求。 (5)按标准要求对底片进行评定，记录缺陷的位置、大小，出具检测报告。   2.4.3 两种方法的对比   1422mm×21.4mm管道环焊缝DR检测与RT-F检测方法的优缺点对比如表2所示。 表2 1422mm×21.4mm管道环焊缝DR检测与RT-F检测方法的优缺点对比。     2.5 检测结果   通过PROFESSIONAL软件对DR的图像品质进行测量，图像分辨率达到D8，线型像质计灵敏度达到W12，归一化信噪比为190，检测图像质量满足标准Y/T4109-2013的要求。   DR图像质量的测量如图5~7所示。   (图5 图像分辨率) (图6 线型像质计灵敏度) (图7 归一化信噪比)   DR与RT-F对比试验结果如表3所示。   对比数字图像和底片中的缺陷细节，DR方法和RT-F方法均检测出了管道环焊缝中的缺陷，均未出现漏检情况。   但缺陷显示的长度和边缘的清晰度存在差异，DR检测图像通过调节图像对比度等图像处理方法，可以有效地提高检测人员对缺陷的观测能力，观察到更小的缺陷细节。   不同类型缺陷的DR检测图像如图8~13所示。     (图8密集气孔的DR图像) (图9 坡口未熔合的DR图像) (图10 裂纹的DR图像)   (图11 根部未焊透的DR图像) (图12 气孔的DR图像) (图13 层间未熔合的DR图像)     3．结论   采用DR和RT-F两种不同的射线检测方法，对加工制作的含有缺陷的管管对接环焊缝进行对比检测试验，比较两种检测方法对不同类型缺陷的检出能力。   试验结果表明，DR和RT-F两种检测方法对管道环焊缝中的气孔、坡口未熔合、层间未熔合、根部未焊透和裂纹等缺陷均能检出；   在图像灵敏度方面，DR和RT-F水平相当，均能看到线型像质计W12；   在图像分辨率方面，DR图像的双线型像质计指数略低于RT-F的；   在信噪比方面，DR图像的信噪比要远远大于RT-F的；   由于检测图像细节识别能力取决于被检焊缝的有效衰减系数、信噪比和图像分辨率，因此DR可以观察到更小的缺陷细节，DR图像的缺陷尺寸略大于RT-F。   DR满足了数字化管道的发展要求，已在油气管道检测中逐步应用，未来将具有广阔的发展前景。