油气管道不等壁厚内锥孔环焊缝的相控阵超声检测

油气管道不等壁厚内锥孔环焊缝的相控阵超声检测（PAUT）是管道检测领域的重要技术，需结合几何特征、声束控制及缺陷特性进行定制化检测方案设计。

一、检测难点分析

几何复杂性：

不等壁厚：管道母材与焊缝区域厚度差异显著（如母材厚20mm，焊缝区厚25mm），导致声束折射路径非线性变化。

内锥孔结构：锥形坡口（如30°~45°）引起声束散射，降低缺陷信号信噪比。

环焊缝曲率：管道周向曲率影响探头耦合与声束聚焦。

缺陷特征：

常见缺陷：未熔合（内锥面根部）、气孔（热影响区）、裂纹（焊趾处）。

缺陷取向：与锥面平行或垂直，需多角度声束覆盖。

二、相控阵检测方案设计

1. 探头选型与参数优化

频率选择：5MHz（兼顾穿透力与分辨率）。

晶片配置：64晶片线阵探头（孔径可调，适应曲率）。

楔块设计：

定制楔块角度（匹配内锥孔角度±5°，如35°楔块用于40°锥孔）。

楔块底面曲率与管道外径匹配（减少耦合损失）。

2. 声束控制策略

分区聚焦：

近表面区（0-10mm）：聚焦深度8mm，检测根部未熔合。

中部区（10-20mm）：动态深度聚焦（DDF），补偿壁厚变化。

远场区（20-25mm）：扇形扫描（S扫描）覆盖锥面盲区。

角度覆盖：

纵波（L波）：35°-70°扇形扫查，覆盖不同取向缺陷。

横波（SV波）：追加45°横波检测近表面横向裂纹。

3. 校准试块设计

人工缺陷设置：

锥孔根部平底孔（Φ1.5mm×2mm，模拟未熔合）。

热影响区横通孔（Φ2mm，模拟气孔链）。

表面刻槽（0.5mm深×5mm长，模拟裂纹）。

材质匹配：试块材质、热处理状态与管道一致。

三、标准与规范参考

ASME BPVC Section V：相控阵校准与缺陷评定方法。

ISO 13588：焊缝超声检测通用要求。

API 5L/API 1104：管线钢管与焊接工艺专项条款。

通过定制化探头设计、分区聚焦策略及多模态数据融合，相控阵超声检测可有效应对油气管道不等壁厚内锥孔环焊缝的检测挑战。