压力管道焊缝检测中超声波技术的有效运用

引言：压力管道是由多个管道焊接而成，但在焊接过程中，由于各管段的尺寸差异会造成管道的对接接头在焊接时，很难保证焊缝质量，因此在焊接完成后，需要对其进行焊缝检测。目前，我国应用比较广泛的压力管道焊缝检测技术主要是射线检测、超声检测等。其中，超声波技术作为一种新型的无损检测技术，具有良好的穿透性、灵敏度高和分辨率高等特点，故而在压力管道焊缝检测中应用超声波技术是一种经济且有效的方法。对此，相关人员需要就压力管道焊缝检测中超声波技术的有效应用进行分析和探讨，希望能对我国水利水电工程的发展提供帮助，进而实现行业的现代化转型。

一、压力管道焊缝检测的重要性

（一）保障安全性

压力管道作为重要的工业设备，在社会生活中的应用较为广泛，但压力管道在使用过程中，由于内部介质等因素给予的压力会对管道的本体造成影响，故而为避免影响加重，就需要对压力管道的焊缝进行检查和控制，对焊接过程中出现问题的预防，从而避免事故的发生再加之，我国 2023 年完成水利建设投资 11996 亿元，在 2022 年首次迈上万亿元大台阶基础上，再创历史最高纪录，其内部压力管道的数量和规模不断增加，若不加以管制一旦出现安全事故，会造成严重的损失。此时，压力管道焊缝检测的实施能够帮助工作人员了解管道系统的运行情况，解决焊缝缺陷中裂纹、夹渣等问题，以免出现管道泄漏的情况，进而威胁群众的生命财产安全。另外，压力管道的焊缝检测工作能够附带工艺评定和质量评价等工作，了解焊接工艺的实施效果，优化管道产品设计模式，从而确保能够满足受众的实际需求[1]。

（二）延长设备使用寿命

压力管道焊缝是管道相对薄弱的位置，在高温、高压、高速流动等工况条件下，焊缝不仅承受着外部环境的考验，还要承受内部应力，同时其在工作过程中还会受到腐蚀、辐射和磨损等影响，最终导致焊缝失效。因此，压力管道焊缝检测必须引起高度重视，特别是随着化工行业的发展，有关部门对压力管道提出了更高的要求，对焊接质量更是要求严格，进而减少由于焊工、焊材、环境等因素影响导致的焊接缺陷，从而保证压力管道的安全运行和使用寿命。另外，据调查 2023 年我国水力发电量达11409 亿千瓦时，占全国总发电量的 12.8% ，截至 2024 年 9 月，水力发电累计发电量已达到 10040 亿千瓦时，占总发电量比重上升至 14.2% ，可见水利水电的工作压力正在逐渐增加，压力管道质量问题出现的频率也有所增加，此时压力管道焊缝检测可以结合水利水电的工作要求，合理设置检测维护周期，进而提高设备的运行稳定性，延长设备的使用寿命。

（三）突出经济效益

随着我国经济的不断发展，对水利水电工程的建设需求不断提高，在水利水电工程建设中压力管道的作用也越来越大。再加之《2030 年前碳达峰行动方案》提出十四五、十五五期间分别新增水电装机 4000 万千瓦，则 2030 年预计常规水电装机为 4.2亿千瓦，2025-2030CAGR 为 2.0% ，促使水利水电行业压力管道的应用范围逐渐扩大，随着应用范围扩大，相关人员自然对压力管道焊缝质量提出了更高要求，此时工作人员采用先进的技术手段在压力管道焊缝中进行有效检测，是提高压力管道焊接质量的重要途径，可以有效降低缺陷、组织变化和应力集中等问题的影响，进而保障经济效益的顺利发挥。另外，在压力管道焊缝检测工艺的帮助下，工作人员可以将各项标准予以量化，提升管理实效，减少潜在的安全隐患问题，进而保障管道系统安全运行。

二、压力管道焊缝检测中超声波技术的常见种类

（一）TOFD 技术

2024 年上半年，中国的水力发电量达到了 5525.8 亿千瓦时，同比增长 21.4% ，看似辉煌数据的背后有着水资源的重大压力，此时需要合理使用新型技术，改变当前的工作现状[2]。其中，TOFD 技术是近几年发展起来的一种新型超声波检测方法，其采用的是纵波和横波耦合进行超声检测，对管道焊缝内部缺陷进行准确、直观的显示。较比常规的超声波检测方法，TOFD 技术可对缺陷进行精确定位，再对缺陷进行定量管理，充分了解缺陷的性质、位置及尺寸等数据，确保缺陷定位更准确，测量更方便。对此，在实际实施过程中，工作人员需要重视自身能力达标与否，能够熟练掌握衍射的原理和内容，以便于开展后续工作。而后，相关热呢元需要合理选择宽带窄脉的脉冲探头，确保其各项参数趋于稳定，同时结合非聚焦纵波波束的影响，确保其能够从角度入手，确定施工参数，同时利用探头获取衍射信号，确定故障的具体位置。

（二）接触式超声检测

在压力管道生产和使用过程中，若焊接工艺实施效果不达标，会导致焊缝内存在较多的夹渣、气孔等缺陷，极易产生未熔合、未焊透等质量问题，从而导致管道泄漏，因此在压力管道制造过程中，必须对其焊缝进行定期的检测。其中，压力管道接触式超声检测技术是一种检测压力管道焊缝内部质量的有效手段。接触式超声检测技术具有检测速度快、操作简便、成本低、适用范围广等特点，因此在压力管道焊接质量检验过程中得到了广泛应用。对此，实际实施过程中，相关人员会合理选择零部件，确定换能器和接收器的参数，确保信息顺利传递，同时还要选择合适的探头，但这类技术无法实现远程检测，故而适用于宽度略薄或分辨率要求较高的场景[3]。

（三）相控阵技术

在压力管道焊缝检测中，超声相控阵技术的应用可以有效地解决传统超声检测技术在检测压力管道焊缝缺陷时存在的缺陷定位困难、定位精度低、漏检率高等问题，实现对缺陷的精确定位，进而提高检测精度，有效地避免传统超声检测技术在实际操作过程中存在的缺陷漏检和误判。同时，相控阵技术还具有操作简便、灵活、效率高等优点，科学应用能有效地提高压力管道焊缝检测的工作效率和检测质量。究其根本，相控阵技术具有多重衍生的软件和系统，如Novascan 设备提供FPGA 直接方式，兼具板卡功能，可向用户输送底层数据，更加方便完成资源的二次开发。另外，其能够实现缺陷问题的三维成像，还能对大小进行直观表达，确保性质判定更加便捷。

三、压力管道焊缝检测中超声波技术的应用

（一）做好前期准备

我国河流众多、水系复杂，加上政府对清洁能源的政策支持，水电行业近年来发展迅猛。截至2022 年底，全国水力发电装机容量已经达到4.135 亿千瓦，占技术可开发容量的 70% 以上，此时需要稳定的压力管道，同时保障焊缝质量趋于稳定，因为焊缝质量的好坏直接关系到压力管道的安全运行，是压力管道施工中质量控制的关键环节，且压力管道焊接质量的好坏直接影响到整个工程的安全和经济效益[4]。因此，工作人员在压力管道焊接过程中，必须做好焊缝检测前的准备工作，尤其是针对大型设备进行检测时，必须按照相关标准和规范要求，在焊接前做好充分准备，并严格按照规范要求对焊缝进行检查、清理、除锈等工作，确保焊接质量符合相关标准要求，同时制定科学合理的检测方案、做好仪器设备的检查和保养等工作，以便提高压力管道焊接质量。而后，相关人员需要针对不同类型和状态的焊缝进行初步识别与分析，并确定超声波检测的主要手段，辅以耦合剂与探头等设施，提升检测精确度。另外，相关人员需要进行现场环境评估，确保工艺的实施不会遇到障碍，同时能够便于后续操作。

（二）构建智能化超声波检测系统

在压力管道焊接中，为保障焊接质量，一般都会使用超声波检测技术对焊接部位进行检测，进而获取准确的焊接信息。但是在实际操作中，由于受到焊件结构、焊缝分布等因素的影响，导致无法准确获取焊缝信息，从而影响超声波检测结果的准确性。因此，为保障压力管道焊接质量，工作人员应该积极构建智能化超声波检测系统，对压力管道焊缝进行智能化检测。再加之全国水权交易系统完成部署后，中国水权交易所交易5762 单、水量5.39 亿立方米，同比分别增长 64% 和 116% ，在此体量下同样需要稳定的智能化系统来处理复杂的数据。对此，相关人员在构建智能化超声波检测系统时，应充分考虑到压力管道焊接工作的实际情况，对压力管道焊缝中的缺陷类型、缺陷分布等进行分析，再根据分析结果制定出科学合理的解决方案，确保超声波检测系统的适配度有所提升[5]。另外，相关人员需要结合工作需求，划分不同的板块，如数据采集模块主要利用先进的传感器和无线通信技术，获取实时的超声波数据，进而实现数据的自动校正和补偿，同时构建信号处理模块，对数据进行预处理，尤其是滤波、去噪等工作，必要时还要引进并配合机器学习算法，实现向量机和神经网络技术的综合使用。

（三）开展技术优化

2024 年我国水利建设投资创历史新高，达到 13529 亿元，同比增长 12.8% 。这一年，我国实施了46967 个水利工程项目，新开工了 41 项国家水网重大工程，面对当前的局势，相关人员需要重视水利水电工程的发展，并融入新兴技术，加强对其质量问题的管理，其中压力管道的焊缝检测便是主要方向之一，工作人员需要借助技术来提升检测效果。对此，相关人员需要基于智能化与自动化的角度，加强人工智能技术和机器学习技术的融入，促使超声波检测技术实现自动化转型，能够生成更加精细化的报告。另外，相关人员需要基于高频化和高分辨率的方向进行提升，确保准确探测出故障所在，进而制定更高效地应对方案，确保水利水电工程的长效进步。

（四）加强人员培训

压力管道焊接质量的好坏，直接关系到压力管道运行的安全，所以为保证压力管道焊缝质量，必须加强对焊接人员的培训，提高焊接人员的技术水平。对此，水利水电管理者要求焊接人员应严格遵守规程、规范和有关制度，对不符合要求的焊缝及时进行返修或更换，杜绝违章操作。同时，对焊工进行岗位技能培训，使焊工了解设备的构造、性能、技术参数和工作原理，熟悉焊接工艺方法和操作规程等。另外，还要对焊工进行安全教育和技术培训，在培训中应使他们掌握焊前准备、施焊、焊后处理、超声波检测等方面的知识和技能。

结束语：综上所述，本文通过对压力管道焊缝检测中超声波技术的有效运用进行研究，探讨超声波技术的主要类型和焊缝检测的重要性，针对其工作过程中存在的问题提出相应的应用策略，积极探索超声波检测技术的有效运用方法，并将其与压力管道焊缝检测工作相结合，确保压力管道焊缝检测工作效率的提升，从而保证压力管道安全稳定运行。

参考文献

[1]沈锦军,罗展慧.无损检测技术在压力容器和压力管道检验中的应用[J].设备监理,2024,(03):58-61.

[2]张悦,杜政熠,程浩男,等.在役压力管道的超声检测技术综述[J].化工设备与管道,2024,61(02):103-110.

[3]王郑,吴新团,杨爱萍.超声波加相控阵超声波技术在管道检测中的应用[J].石油工业技术监督,2021,37(12):33-35+41.

[4] 薛 晓 鹏 . 压 力 管 道 超 声 检 测 技 术 的 应 用 探 讨 [J]. 品 牌 与 标 准化,2023,(06):162-164+168.

[5] 许啸. 变形波在焊缝超声波检测中的实例解析[J]. 机械工程与自动化,2022,(05):140-142