大容积无缝气瓶瓶肩缺陷检测研究

（河北省特种设备监督检验研究院 石家庄 050000）

随着人们生活需求的提高，天然气由于其自身特点日益得到广泛应用，而用于运输和储存天然气的大容积无缝钢瓶也随之大量涌现在国内市场上。该类特种设备在给人们带来巨大效益和便利的同时也带来了一系列风险，直接关系到广大人民群众的生命财产安全。根据其制造和使用特点，瓶肩部位不可避免出现折叠分层、裂纹及腐蚀缺陷，但到目前为止还没有可靠有效的技术手段来对该部位进行检测，使得该类气瓶的存在很大的安全隐患。

1 提出大容积无缝气瓶瓶肩缺陷的新型检测方法

大容积无缝气瓶长度在10m左右，且瓶口狭小，一般无法采用磁粉或渗透等表面无损检测方法对瓶肩部位内表面进行缺陷检测。

因瓶肩部位厚度变化大（从瓶身到瓶口壁厚变化超过11mm），若采用射线检测技术，其厚度差较大，检测灵敏度不满足标准要求，且该部位100%检测时对检测设备和时间要求较高，因此对该部位射线检测方法不适用。

采用常规超声波检测方法对大容积无缝气瓶的瓶肩部位检测需要制定特殊复杂的检测工艺，且对人员要求很高。具有适用性差、效率低、漏检率高、定量误差较大等局限性。

随着计算机技术和信号处理技术的发展，新型超声成像检测技术——相控阵超声检测的应用不断成熟，具有检测精度高，检测结果直观等优点。

与传统的超声波检测不同，相控阵检测法通过各阵元发出声束的有序叠加可以灵活地生成、偏转及聚焦声束，不需要更换探头即可完成对目标区域的高分辨率检测，且其特有的线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等工作方式可在不移动或少移动探头的情况下对不同厚度工件进行高效率检测[1，2]。

考虑到相控阵检测技术的优势，本文提出了基于相控阵的大容积无缝气瓶瓶肩缺陷检测方法，并对此做了大量试验研究。

2 大容积无缝气瓶瓶肩缺陷检测试验对比研究

现定制材质为4130X的样瓶，规格为φ559×25mm，在内壁线切割轴向和周向60°V型槽，缺陷长度24.5±0.1mm，缺陷深度1.0±0.05mm；φ2mm平底孔，缺陷深度2.5±0.1mm。分别模拟实际检验中瓶肩部位轴向、周向内表面开口线性缺陷和腐蚀凹坑内部缺陷。

图1 瓶肩缺陷示意图

首先笔者使用超声波测厚仪对不同人工缺陷处进行测厚，从瓶口到瓶身，缺陷中心部位的厚度依次是33.4mm、28.0mm、26.2mm。

为验证相控阵超声波检测技术定量的准确性，本文用常规超声波检测和相控阵检测两种方法[3，4]分别对轴向、周向和φ2mm平底孔不同壁厚的三处缺陷进行深度、长度检测。

笔者首先使用两种方法对检测部位进行粗扫，使用常规超声波检测方法对3个点状缺陷只检出1个，对6个线状缺陷检出5个；使用相控阵对3个点状缺陷能全部检出，对6个线状缺陷能全部发现。

以下列举了两种检测方法的部分检测结果：

图2 常规超声波检测的缺陷波形

图3 相控阵检测的缺陷图形

本次试验得到的检测数据见表1～表3。

通过试验可知，相控阵检测方法和常规超声检测对不同方向和不同壁厚处的缺陷均可发现。

此外，通过对以上三个表格的深度检测数据分析，可见在轴向、周向和φ2mm平底孔不同壁厚处缺陷的深度定量误差相控阵检测方法均优于常规超声检测，具有较高的准确性；由表1和表2长度检测数据分析，可见相控阵检测方法在轴向和周向不同壁厚的三处缺陷的长度定量误差同样具有优势。

表1 轴向60°V型槽缺陷检测对比分析

表2 周向60°V型槽缺陷检测对比分析

表3 φ2mm平底孔检测

由表1可知，随着壁厚变化增大，采用相控阵超声波检测技术和常规超声检测对轴向V型槽深度缺陷检测的误差均随之增大，相控阵检测深度误差依次为：0.4mm、0.3mm、0.1mm，而常规超声检测深度误差分别为：5.6mm、3.3mm、1.5mm；而常规超声检测长度误差较相控阵超声波检测技术均大1mm；相较于轴向V型槽，通过表2可知，因壁厚变化的影响因素减小，相控阵检测周向V型槽深度缺陷误差基本没有变化，而常规超声检测周向V型槽深度缺陷误差分别为：3.8mm、3.1mm、2.0mm，误差变化也相对较小。

3 结论

1）验证了相控阵超声检测技术适用于大容积无缝钢瓶瓶肩部位缺陷的检测，且操作简单、快捷、结果准确。

2）与常规超声检测信号相比，相控阵检测图像包含信息丰富，更有利于缺陷的识别和定量分析。

3）对比研究了常规超声波检测和相控阵超声检测对大容积无缝钢瓶瓶肩部位缺陷检测的精度和可靠性。

通过检测数据分析，可以确定相控阵超声检测在深度定量上具有更高的精度和准确性。