摘要：相控阵是一种基于超声波的无损检测技术，能够高效地实现天然气管道的腐蚀、裂纹等缺陷的检测。针对相控阵检测技术的原理，对超声检测流程、阵元功能和信号处理方式等进行了分析与研究。建立声场仿真模型，在阵元的环形布置条件下，计算声压随偏角的变化规律。根据天然气管道自身的结构和物理特性，设计相控阵的检测方案和流程。结果表明，数据丢失量未超过整个扫查的5%,数据图像中耦合不良未超过整个扫查的5%,单个耦合不良长度未超过2mm。该无损检测方案可靠性高，能够实现较高的检测效率。依靠补偿后的反馈信号即可获得有效的阵元输出数据，基于后处理模块在前端进行显示。
关键词：超声波,无损检测,管道,仿真
0引言
管道输送是天然气运输的重要途径。天然气管道在长期工作后，特别是在恶劣环境下，容易出现显著的局部腐蚀、泄漏等问题[1-2]。由于天然气具有易燃易爆属性，因此需要对管道的缺陷或损伤进行定期检测，避免出现安全事故[3]。目前，应用在管道无损检测的方法较多，比如射线检测、漏磁检测和超声检测等[4-6]。射线检测所需的设备相对笨重，对于批量检测存在较大难度。
漏磁检测效率较高，但是对于管道缺陷的定位较为繁琐。
相比其他两种检测技术，超声检测更适用于天然气管道的定期维护。相控阵技术是一种优化的超声检测手段，能够根据检测工况手动调整超声波的偏转角度、焦点位置等，探头的灵活度高，能够针对特定的损伤进行深入探测和分析[7-8]。此外，相控阵的超声检测方法还能够与上位机结合，通过后期处理完成图像的识别和诊断，具有较高的效率和可靠性。
1相控阵检测的原理和应用
1.1超声检测技术方案
超声波检测是一种常见的检测手段。由于超声波在不同介质中的传播速度不同，通过回波信号的反射或折射周期即可获得被测试样的厚度、均匀度等特性，能够处理包括涂层在内的管道损伤检测[9]。通过测试可知，若管道内部发生腐蚀、接损伤、焊缝缺陷等问题，均可以基于超声波的返回特征进行判定。超声波的检测基本流程如图1所示，需要根据被测介质的不同设置对应的声速。这是因为超声波在空气、水、金属、非金属中的声抗有着明显的差别。为了提升超声检测精度，需要在超声波探头与被测面之间设置一层耦合剂，防止空气阻抗与金属阻抗的差异性对测试结果造成误差[10]。耦合剂一般采用具有一定黏度的水性高分子凝胶，在被测表面不易脱落，同时降低声波的散射损失。目前，在超声检测技术基础上，延伸出一种电磁超声检测手段，通过电磁特性消除耦合偏差。但是对于常规的超声检测，耦合剂仍是确保检测精度的重要基础。超声波探头具有尺寸小、控制灵活等优点。相控阵测试仪能够基于超声波的回波原理精准计算往返时间，结合图像扫描模块，判定缺陷的位置和类型。一般地，若回波信号的幅值越大，表明管道内部的缺陷越显著。
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