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
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
（廊坊北检无损检测公司，河北 廊坊 065001）
A pipe girth weld automatic ultrasonic water coupling device
Zhang hongliang，Bai zhenjun,Li jian，Cao lijiang
(Langfang North Non-destructive Testing Company , Hebei langfang,065001)
Abstract：This paper introduces a kind of can significantly improve the water coupling device of automatic ultrasonic coupling effect, after calculation, verified the theory is feasible, and verified by
experiment, the index can meet the use requirement, ensure that each channel amplitude are located in the 70%-99%, this method can also be used for other phased array ultrasonic testing reference. Keywords：Pipeline, girth welding, NDT, multi channel ultrasonic phased array, coupling
在管道环焊缝自动相控阵超声波检测（以下简称AUT）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。
1 AUT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1 AUT对比试块
图2 能自由选转的AUT试块
0点位
9点位
3点位
6点位
图3 AUT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/T 50818-2013标准规定各个通道波幅在70%-99%之间时为合格，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，当向上爬坡时，楔
[1]
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 填充区5 F5U 填充区4 F4U 填充区3 F3U 填充区2 F2U 填充区1 F1U 热焊区 HU 钝边区 LU 根焊区 RU 0点位 80.5 82.4 80.4 80.4 80.8 82.4 80.4 81.2 3点位 80.7 79.8 76.5 77.4 83.2 74.1 75.9 93.3 波幅 6点位 77.4 79.1 72.4 84.2 79.3 76.6 91.7 82.1 9点位 28.2 33.7 31.0 40.4 35.3 25.1 29.8 40.8 9点位，人工浇水 56.5 46.3 41.2 54.5 44.3 20.4 29.0 40.4
可见，未加水裙前，9点位耦合不好，幅值均低于70%，不符合GT/T 50818-2013标准规定70%-99%要求。采用在9点位置人工浇水的办法只能提高一些波幅，但仍不能满足标准规定的要求。
图4 带水裙的楔块及其使用情况
表2 有水裙时各点位各个通道波幅值 通 道 0点位 3点位 波幅 6点位 9点位