油气管道CRC型焊缝超声相控阵分层聚焦检测方法研究

姚欢; 唐锴; 韩志雄; 李亨涛; 陈磊磊

doi:10.12473/CPM.202510038

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油气管道CRC型焊缝超声相控阵分层聚焦检测方法研究

石油管工程 | 更新时间：2026-10-15

- 油气管道CRC型焊缝超声相控阵分层聚焦检测方法研究
- Ultrasonic Phased Array Layered Focusing Detection Method for CRC-Type Welds in Oil and Gas Pipelines
- 石油机械 2026年54卷第9期页码：126-134
- 作者机构：
  
  1.中国石油集团工程材料研究院有限公司
  2.武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室
  3.武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心
  4.武汉中科创新技术股份有限公司
- 作者简介：
  
  姚欢，高级工程师，生于1982年，2011年毕业于西安石油大学材料工程专业，获硕士学位，现从事石油装备无损检测技术研究和设备开发工作。地址：（710077）陕西省西安市。email：yaohuan@cnpc.com.cn。
- 基金信息：
  
  陕西省青年基金项目“基于弱磁检测的埋地油气钢管损伤非开挖诊断方法研究”(2024JC-YBQN-0545);武汉市东湖新技术开发区“揭榜挂帅”项目“基于AI深度学习的超声相控阵智能检测与评价关键技术研发及应用”(2022KJB128)
- DOI：10.12473/CPM.202510038
  中图分类号： TE973
- 收稿：2025-10-15，
  
  修回：2026-03-09，
  
  录用：2026-05-17，
  
  纸质出版：2026-09-25
- 稿件说明：
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姚欢，唐锴，韩志雄，等.油气管道CRC型焊缝超声相控阵分层聚焦检测方法研究［J］.石油机械，2026，54（9）：126-134.

Yao Huan，Tang Kai，Han Zhixiong，et al.Ultrasonic phased array layered focusing detection method for CRC-type welds in oil and gas pipelines［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（9）：126-134.
姚欢，唐锴，韩志雄，等.油气管道CRC型焊缝超声相控阵分层聚焦检测方法研究［J］.石油机械，2026，54（9）：126-134. DOI： 10.12473/CPM.202510038.

Yao Huan，Tang Kai，Han Zhixiong，et al.Ultrasonic phased array layered focusing detection method for CRC-type welds in oil and gas pipelines［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（9）：126-134. DOI： 10.12473/CPM.202510038.

摘要

常规超声检测油气管道焊缝时，存在扫查器结构较大、现场设备安装与校准困难等问题。为此，提出一种基于超声相控阵分层聚焦原理的CRC型管道焊缝检测方法。以CRC型管道焊缝为研究对象，根据其坡口形貌与结构特点将其划分为12个深度层级。设计超声相控阵分层聚焦法则与检测工艺，分别计算各层级的延迟时间并选择特定的相邻阵元激发聚焦声束。在此基础上，建立包含未熔合、气孔等典型缺陷的超声相控阵检测有限元二维瞬态仿真模型，获取单次偏转聚焦过程的A扫信号，并开展了超声相控阵分层聚焦扫查对比试验。试验结果表明：模型在第5层、第10层坡口未熔合及第12层根焊气孔缺陷处，其回波信号的最大幅值均可达到激励始波幅值的40%左右，验证了分层聚焦检测工艺的可行性；分层聚焦检测技术对焊缝展现出良好的逐层分析能力，与常规TOFD检测相比，缺陷自身高度的测量相对误差控制在8%以内。研究结果可为油气管道焊缝超声相控阵检测提供技术支持。

Abstract

Conventional ultrasonic detection of oil and gas pipeline welds is deficient for bulky scanner structures and difficult on-site installation and calibration. This paper proposes a detection method for CRC-type pipeline welds based on the principle of ultrasonic phased array layered focusing. By groove morphology and structural characteristics， the CRC-type pipeline welds are divided into 12 depth layers. The ultrasonic phased array layered focusing laws and detection process were designed， the delay time for each layer was calculated， and specific adjacent array elements were selected to excite the focused acoustic beams. On this basis， a finite element two-dimensional transient simulation model for ultrasonic phased array detection containing typical defects such as lack of fusion and pores was established to obtain the A-scan signal during the single deflection focusing process. Furthermore， ultrasonic phased array layered focusing scanning comparative experiments were performed. The experimental results show that， at the lack-of-fusion defects in the 5th and 10th layers and the root-pass pore defect in the 12th layer， the maximum amplitude of the echo signal can reach about 40% of that of the excitation initial wave， verifying the feasibility of the layered focusing detection technique. The layered focusing detection technique exhibits good layer-by-layer analysis capability for welds. Compared with conventional TOFD detection， it measures the defect height with a relative error controlled below 8%. The research provides technical support for ultrasonic phased array detection of welds in oil and gas pipelines.

关键词

Keywords

references

李秋扬，赵明华，张斌，等． 2020年全球油气管道建设现状及发展趋势［J］．油气储运， 2021 ， 40 （ 12 ）： 1330 - 1337，1348 ．

Li Qiuyang ， Zhao Minghua ， Zhang Bin ， et al . Current construction status and development trend of global oil and gas pipelines in 2020 ［J］. Oil & Gas Storage and Transportation ， 2021 ， 40 （ 12 ）： 1330 - 1337，1348 .

李秋扬，赵明华，任学军，等．中国油气管道建设现状及发展趋势［J］．油气田地面工程， 2019 ， 38 （增刊1 ）： 14 - 17 ．

Li Qiuyang ， Zhao Minghua ， Ren Xuejun ， et al . Construction status and development trend of Chinese oil & gas pipeline ［J］. Oil-Gas Field Surface Engineering ， 2019 ， 38 （ S1 ）： 14 - 17 .

高振宇，张慧宇，高鹏． 2022年中国油气管道建设新进展［J］．国际石油经济， 2023 ， 31 （ 3 ）： 16 - 23 ．

Gao Zhenyu ， Zhang Huiyu ， Gao Peng . New progress in China's oil and gas pipeline construction in 2022 ［J］. International Petroleum Economics ， 2023 ， 31 （ 3 ）： 16 - 23 .

贺扬．浅析油气储运中的安全隐患及防范措施［J］．中小企业管理与科技（上旬刊）， 2021 ，（ 10 ）： 131 - 133 ．

He Yang . Analysis of safety hazards and preventive measures in oil and gas storage and transportation ［J］. Management & Technology of SME ， 2021 ，（ 10 ）： 131 - 133 .

任伟，帅健，张银辉，等． X80管道环焊缝可靠性及其影响因素分析［J］．压力容器， 2024 ， 41 （ 7 ）： 32 - 39 ．

Ren Wei ， Shuai Jian ， Zhang Yinhui ， et al . The analysis on reliability and affecting factors of X80 pipeline girth weld ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2024 ， 41 （ 7 ）： 32 - 39 .

李亮，黄磊，聂向晖，等．含缺陷X70管线钢环焊缝检验及分析［J］．压力容器， 2021 ， 38 （ 2 ）： 66 - 72，86 ．

Li Liang ， Huang Lei ， Nie Xianghui ， et al . Inspection and analysis of defect-containing girth welds cut off from the X70 pipeline in service ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2021 ， 38 （ 2 ）： 66 - 72，86 .

吴冲，王子成．超声检测模拟仿真软件应用与发展现状［J］．工具技术， 2018 ， 52 （ 11 ）： 7 - 10 ．

Wu Chong ， Wang Zicheng . Application and development status of simulation software for ultrasonic testing ［J］. Tool Engineering ， 2018 ， 52 （ 11 ）： 7 - 10 .

张杰，薛一菡，丁奕，等．考虑腐蚀缺陷的管道内检测周期优化方法［J］．石油机械， 2020 ， 48 （ 5 ）： 107 - 113 ．

Zhang Jie ， Xue Yihan ， Ding Yi ， et al . Optimization method of pipeline inspection period considering corrosion defects ［J］. China Petroleum Machinery ， 2020 ， 48 （ 5 ）： 107 - 113 .

李晓龙，陈金忠，马义来，等．油气管道复合变形内检测技术研究［J］．石油机械， 2021 ， 49 （ 8 ）： 152 - 158 ．

Li Xiaolong ， Chen Jinzhong ， Ma Yilai ， et al . A composite in-line detection technology for oil and gas pipeline deformation ［J］. China Petroleum Machinery ， 2021 ， 49 （ 8 ）： 152 - 158 .

辛佳兴，陈金忠，李晓龙，等．油气管道内检测技术研究前沿进展［J］．石油机械， 2022 ， 50 （ 5 ）： 119 - 126 ．

Xin Jiaxing ， Chen Jinzhong ， Li Xiaolong ， et al . Advances in oil and gas pipeline internal inspection technology ［J］. China Petroleum Machinery ， 2022 ， 50 （ 5 ）： 119 - 126 .

曹敏，汤历平，王锡军，等．长输油气管道环向表面裂纹扩展特性研究［J］．石油机械， 2024 ， 52 （ 12 ）： 125 - 133 ．

Cao Min ， Tang Liping ， Wang Xijun ， et al . Propagation characteristics of circumferential surface cracks in long distance oil and gas pipelines ［J］. China Petroleum Machinery ， 2024 ， 52 （ 12 ）： 125 - 133 .

周琳，肖永达．管道内检测技术的发展现状［J］．河南化工， 2020 ， 37 （ 4 ）： 57 - 58 ．

Zhou Lin ， Xiao Yongda . Current status of development of in-pipe inspection technology ［J］. Henan Chemical Industry ， 2020 ， 37 （ 4 ）： 57 - 58 .

袁婷婷．燃气管道超声波内检测技术［J］．煤气与热力， 2017 ， 37 （ 2 ）： 101 - 104 ．

Yuan Tingting . Ultrasonic internal detection technology for gas pipeline ［J］. Gas & Heat ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 101 - 104 .

吴勇，齐迎春，许衎，等．管道环焊缝的相控阵超声检测［J］．无损检测， 2023 ， 45 （ 12 ）： 57 - 62 ．

Wu Yong ， Qi Yingchun ， Xu Kan ， et al . Phased array ultrasonic testing of grith weld of pipeline ［J］. Nondestructive Testing ， 2023 ， 45 （ 12 ）： 57 - 62 .

张子健，吕钟杰，沈正祥，等．承压设备对接焊缝特殊结构相控阵超声CIVA模拟与检测应用［J］．电焊机， 2022 ， 52 （ 12 ）： 43 - 50 ．

Zhang Zijian ， Lü Zhongjie ， Shen Zhengxiang ， et al . Ultrasonic phased array CIVA simulation and detection of special structure of butt weld of pressure equipment ［J］. Electric Welding Machine ， 2022 ， 52 （ 12 ）： 43 - 50 .

杨锋平，卓海森，罗金恒，等．油气输送管失效案例与原因分析［J］．石油管材与仪器， 2015 ， 1 （ 3 ）： 63 - 66 ．

Yang Fengping ， Zhuo Haisen ， Luo Jinheng ， et al . Study of failure cause in some failure cases in oil and gas pipeline ［J］. Petroleum Instruments ， 2015 ， 1 （ 3 ）： 63 - 66 .

杨锋平，张硕，王明波，等．油气管道环焊缝缺陷检测评价方法研究［J］．石油管材与仪器， 2019 ， 5 （ 6 ）： 11 - 15 ．

Yang Fengping ， Zhang Shuo ， Wang Mingbo ， et al . Study on detection and evaluation method of girth weld defects in oil and gas pipeline ［J］. Petroleum Instruments ， 2019 ， 5 （ 6 ）： 11 - 15 .

黄亮亮，郭磊，尹长华，等．含裂纹管道环焊缝轴向承载能力及成因分析［J］．焊接技术， 2025 ， 54 （ 9 ）： 32 - 36， 146 ．

Huang Liangliang ， Guo Lei ， Yin Changhua ， et al . Axial carrying capacity and failure analysis of girth weld crack in pipelines ［J］. Welding Technology ， 2025 ， 54 （ 9 ）： 32 - 36， 146 .

NB/T 47013.15—2021　承压设备无损检测　第15部分：相控阵超声检测［S］.

NB/T 47013.15—2021 Nondestructive testing of pressure equipment Part 15： phased array ultrasonic testing ［S］. 2021 .

卢秉恒，孙苗，张建勋，等．金属增材制造在油气领域的研究现状及展望［J］．焊管， 2025 ， 48 （ 8 ）： 1 - 8 ．

Lu Bingheng ， Sun Miao ， Zhang Jianxun ， et al . Research status and prospect of metal additive manufacturing in oil and gas field ［J］. Welded Pipe and Tube ， 2025 ， 48 （ 8 ）： 1 - 8 .

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