双相不锈钢具有奥氏体和铁素体的双相组织，而且单相含量一般都大于30%，兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，并且在塑性、韧性、耐腐蚀性等方面都“青出于蓝而胜于蓝”。

目前在海洋石油天然气平台的建造过程中，通常采用传统的射线检测方法检测双相不锈钢焊缝的内部缺陷。射线检测技术比较成熟，在工程项目的应用中属于稳定且保守的检测方法；但射线检测也存在“致命”的缺点——电离辐射，因此射线作业必须在隔离的条件下进行，在周边一定区域内不允许有其他任何施工人员；尤其是管线工作进入安装阶段后，射线检测往往难以实现中心曝光，导致检验效率低下，严重影响项目进度。

超声检测也是针对焊缝内部缺陷的传统检测方法之一，并且对坡口未熔合等高危面状缺陷较为敏感。但双相不锈钢焊缝及其邻近区域的晶粒较为粗大，声波能量衰减严重、信噪比差，甚至无法区分缺陷信号和杂波信号；另外，由于超声波检测对检测数据的可记录性差，且受人员技能水平的影响较大，在某种程度上制约了其在双相不锈钢管线焊缝中的应用。

超声相控阵技术是传统超声检测的延伸应用，近年来发展迅速。在海洋工程项目中，超声相控阵检测低合金钢的方法越来越广泛。面对双相不锈钢焊缝的粗大晶粒时，为了提高声束的穿透能力，相控阵利用声束的可控性会生成一定角度范围的纵波。但由于受偏转能力的制约，为了实现焊缝内部和热影响区的声束有效覆盖，必须去除焊缝表面余高，使探头横跨在焊缝上扫查。但去除余高后的焊缝表面粗糙度较大，耦合探头时在声束初始位置(约2~3mm)有较为强烈的耦合信号，此信号可能会掩盖上表面区域的缺陷，存在漏检风险；另外此工艺需要多次扫查，检验效率不高。

横跨焊缝耦合的杂波示意

被检管线焊缝规格为直径450mm、壁厚14.27mm，采用“V”型坡口氩弧焊焊接方法，材料为双相不锈钢(牌号S31803)。

被检焊缝截面示意及外观。

DMA(Dual Matrix Array的简写)是属于TRL（纵波一发一收）系列的二维矩阵相控阵探头，其能大幅改善声束的穿透能力和信噪比，主要是由于该探头具有下述优点：

相控阵检测区域应包含焊缝内部、热影响区及其邻近区域，为保证声束有效地覆盖被检区域，需对声束传播进行模拟，以确定和优化超声相控阵检测工艺。SetupBuilder声束模拟软件简单实用，其基于理论声学公式，通过计算、模拟各种型号换能器在特定工艺设置下产生的波束覆盖，从而指导检测工艺参数的设置。

通过理论分析和声束模拟，同时考虑到坡口未熔合的方向性，检测工艺确定为使用DMA探头进行单面双侧扇形扫描为主，低频线性阵列探头激发横波检测为辅的检测方法。

DMA探头和线性阵列探头检测工艺示意

为确保工艺的可靠性，在带有缺陷的演示试块上进行工艺认证，以确保演示试块中的所有缺陷均能被有效检出，并且检测的尺寸和位置能够和实际情况相匹配。

演示试块结构示意

为了更真实地模拟被检焊缝的实际状态，演示试块的材料直接在被检管线上截取，并且按照被检焊缝的焊接工艺焊接，上图中A为表面槽，用于模拟焊趾裂纹等表面缺陷；B为坡口处槽，用于模拟焊缝内部坡口未熔合等面状缺陷；C为根部槽，用于模拟根部处的缺陷；D为焊缝内部孔，用于模拟焊缝内部气孔、夹渣等体积型缺陷。

试验采用奥林巴斯OMNISCAN MX2超声相控阵检测仪，依次校准声速、楔块延时、角度校准增益及TCG(深度补偿)曲线，安装适当的编码器和扫查架，按照检测工艺进行扫查并保存数据。

结果显示：该检测工艺能很好地检测出演示试块中的所有缺陷，并且定位和定量结果与实际值基本吻合，说明在误差允许范围之内，该工艺是可行的。

在某液化天然气(LNG)管线应用超声相控阵检测工艺代替传统射线检测过程中，发现某焊缝根部位置存在长度约50mm的缺陷。

现场相控阵检测结果

在拆除焊口附近管线内部，通过目视发现根部单侧未熔合，经测量其长度约48mm。

缺陷实际外观

目视结果和相控阵检测结果几乎相同，进一步验证了其工艺的有效性和可靠性。