環焊縫檢測系統
PipeWIZARD是一款使用相控陣和常規超聲技術的自動環焊縫檢測系統（AUT）。這款設備專門為在陸上、海上的極端環境中進行現場焊縫到焊縫檢測而設計。
地下或海底管線傳輸大量的天然氣、石油、水及其他化學物品，在全球的經濟中起到舉足輕重的作用。管道在現場通常采用自動焊接系統以環焊方式對接。在管線建造過程中，由于焊縫處通常會出現缺陷，因而焊縫成為管線上的"弱點"。需對管道的焊縫進行無損檢測、涂漆后，再將其埋到地下或置于海底。由于對施工周期要求嚴格，因此需對焊縫進行快速的缺陷檢測及分析。

自動超聲檢測（AUT）

近年來，自動超聲檢測（AUT）技術已開始取代了傳統的射線成像術，成為世界上首選的管線焊縫檢測方法。射線成像技術具有明顯的局限性：面缺陷檢測的效果不好、無垂直定量缺陷的性能、具有安全方面及環境污染方面的隱患。

自動超聲檢測的優勢：

• 無輻射危害、無化學污染、無需得到許可。
• 檢測周期極短，提高了生產率。
• 檢測及定量精確性更高，降低了次品率。
• 使用工程臨界評估（ECA）驗收標準對缺陷指示的垂直高度和深度進行測量，降低了次品率。
• 通過智能輸出顯示進行實時分析。
• 提供與電子支持相關的數據和檢測報告。
• 更好地控制焊接過程，降低了次品率。

相控陣技術
早期的自動超聲檢測系統使用帶有多個常規超聲探頭的多探頭系統進行檢測。十年以前，相控陣系統問世。相控陣技術使用電子控制聲束成形的原理，生成和接收超聲波。相控陣技術分別對陣列中的每個晶片延時發射激勵脈沖，從而可創建許多聲束角度及聚焦距離。
相控陣技術相比常規多探頭系統更具優勢：

• 一般來說，兩個相控陣探頭可替代至少24個常規探頭。
• 相控陣設置通過導入文件發揮作用，而無需分別調整每個探頭的位置。
• 通過在軟件中設置適當的參數，對相控陣聲束的角度、焦點、UT聲程、聲束寬度進行優化，從而提高了定量的精確性。
• 相控陣系統相比對等的常規多探頭系統，少了80%的移動部件，從而提高了掃查過程的穩定性及檢測結果的可靠性。
• 相控陣掃查器相比常規多探頭掃查器，體積更小，重量更輕。因此相控陣掃查器更容易操控，而且對焊縫兩邊涂層的磨損也會降低。
• 相控陣系統可以檢測幾乎各種焊縫結構，而常規多探頭系統則受限于管壁厚度和管道直徑。
• 利用相控陣電子掃查技術，用戶可以自行定制焊縫檢測，包括多角度TOFD、高級成像、高分辨率檢測等。

相控陣： 
完整覆蓋只需使用2個探頭

圖中顯示一個區域的檢測情況。 相控陣技術使用一個探頭可同時檢測所有區域。 
相控陣技術使用置于焊縫一側的探頭可覆蓋整個焊縫區域。

常規UT技術： 
完整覆蓋需使用24個以上的探頭


插圖顯示的是一個區域的檢測情況。使用常規UT技術，需要多個探頭才可覆蓋所有區域。

符合規范
1998年， ASTM（美國實驗與材料協會）發布了E-1961-98規范（2003年，重新通過）。該規范涉及了環焊縫自動超聲檢測的主要方面：分區、快速數據判讀、專用校準試塊，以及配置步驟。E-1961規范的目的是用于工程臨界評估（ECA）。1999年，美國石油學會（API）發布了第19版1104標準，其中涉及了環焊縫的機械超聲檢測和攝像成像技術檢測。
使用PipeWIZARD進行的檢測均符合ASTM E-1961規范，由此推斷，也符合API 1104標準。此外，這些檢測還符合海上自動超聲檢測規范：DNV-OS-F101標準。
公司的技術指標可能會高于這些規范，通常是為了提高定量的精確性或達到更好的分辨率。

PipeWIZARD經驗
設計PipeWIZARD系統的一個重要目標是可以在極端惡劣的環境中操作這個系統。無論在寒冷的西伯利亞地區，還是在炎熱的中東沙漠，也無論工作環境潮濕、多鹽，還是干旱，PipeWIZARD系統均能良好運轉。已經對PipeWIZARD系統進行了大量的測試，以確保PipeWIZARD系統具有防振動、防撞擊及防電磁干擾的能力。
PipeWIZARD系統適用于各種結構的環焊縫檢測：

• 各種焊縫坡口類型：CRC-Evans坡口、J形坡口、V形坡口、雙V形坡口、X形坡口等。
• 典型的管道壁厚：6毫米（0.25英寸）～多于35毫米（1.4英寸） 
  還有用于更厚管壁的選項。
• 典型的管道直徑：152毫米（6英寸）～多于1422毫米（56英寸） 
  還有用于更小管道直徑的選項。
• 管道材料：標準碳鋼材料，以及復雜的材料配置，如：各種壁厚的鉻鎳鐵合金、包覆管道、無縫管道等。

探測出的典型缺陷為未融合、未焊透、氣孔、焊穿、咬邊、過低、裂縫、冷隔、夾雜物等。
檢測周期所用時間根據焊縫類型、管道直徑、位置及環境等因素為2分鐘到6分鐘不等。

PipeWIZARD應用情況總結

• PipeWIZARD相控陣系統用于全世界最大的陸上和海上管線鋪設工程。
• PipeWIZARD系統已經檢測了一百多萬個焊縫。
• 各大主要石油和天然氣公司都已在管線鋪設項目中認可使用PipeWIZARD系統：
  • Exxon Mobil（埃克森美孚）
  • Shell（殼牌）
  • TOTAL（道達爾）
  • BP（英國石油）
  • Chevron（雪佛龍）
  • Eni（埃尼）
  • Petrobras（巴西石油）
  • Gazprom（俄羅斯天然氣）
• 世界各地成百上千的操作人員已經接受了PipeWIZARD系統的培訓。

分區檢測技術

PipeWIZARD系統的主要技術是分區檢測技術，即焊縫的每個不同區域由不同的超聲聲束檢測。區域的總體高度大約相當于焊道的長度。

焊縫兩側各放有一個相控陣探頭，可確保完全覆蓋焊縫坡口區域及整個焊縫體積區域。根據所檢測的區域，可選擇脈沖回波配置或發送接收（"一發一收"）配置。這些相控陣通道以帶狀圖方式顯示。
另外，還使用衍射時差（TOFD）技術提高對較小或方向不定的缺陷指示的探測及定量效果。這個技術還用于確定在帶狀圖通道中探測到的缺陷指示。TOFD數據可由相控陣探頭或專用的常規探頭提供。
可選的橫向模塊帶有4個專用的常規探頭，可以探測焊縫中的橫向缺陷。
在焊縫掃查與校準試塊掃查的過程中，屏幕上會出現分別監控每個相控陣探頭耦合情況的不同的通道。
每種焊縫結構需要一個專用于這種焊縫的校準試塊，這個試塊要具有與管道相同的直徑、厚度，而且其材料需與管道材料相同。試塊中的反射體都是根據具體規格由機械加工制成，這些反射體代表了焊接過程中經常會出現的典型缺陷。所有聲束都根據檢測程序校準。


用戶友好的高級軟件
PipeWIZARD V4軟件基于已經得到實地驗證的強大的TomoView數據采集和分析軟件。這個軟件具有簡便、自動地創建設置的功能、多種數據分析工具（包括2維視圖）、簡便創建報告的功能，以及高級焊縫檢測功能。設計PipeWIZARD V4軟件的宗旨是為更復雜的檢測配置提供一個簡單、靈活、可升級的軟件。經過優化設計的用戶界面可以進行快速培訓及高效的現場操作。AUT系統的操作人員經過短時培訓，即可操作PWZ V4.0軟件。

PipeWIZARD V4軟件基于Tomoview平臺。在軟件開發完善的過程中，這個Tomoview軟件經常被用作參考。這也意味著即使在工作現場，軟件升級也很容易完成。

設置的自動創建
操作人員可以離線創建設置，即不在儀器中創建設置。幾分鐘之內，設置文件可以被保存并通過郵件發送到任何工作現場，隨后現場的操作人員只需對系統進行校準。
設置不僅包括標準的帶狀圖通道和單聚焦法則B掃描視圖（TOFD、焊縫體積和焊根成像），還新添了扇形和線性掃查通道。這個新性能具有改進缺陷探測和定量的潛力，極有可能使探測和定量效果大大超過任何分區規范的要求。

校準和檢測

在進行序列檢測過程中，會實時顯示所采集的數據。數據文件名稱會自動遞增。
PipeWIZARD V4軟件在使用TomoScan FOCUS LT采集單元時，與使用以前的采集單元相比，提高了數據處理量（4 MB/s比0.7 MB/s）。這樣不僅可以采集經過壓縮的A掃描的完整數據，還可以在掃查速度達到100 mm/s時，同時運行多個設置。

快速、詳細的分析
PipeWIZARD軟件可以在10個分開的布局中提供幾乎數量無限的通道。這個軟件通過顯示焊縫剖面上的缺陷及其周邊位置，自動判讀數據。

有很多可以幫助操作人員定量及定位缺陷指示的分析工具：

• 帶狀圖中的雙閘門
• 扇形掃查和線性掃查的焊縫覆蓋（見下圖）
• 放大功能
• 視圖鏈接
• 自定義視圖
• 自動測量
• 缺陷指示的積累測量
• C掃描融合功能
• 可自行定制的彩色調色板

自動生成報告
PipeWIZARD軟件具有自動生成報告的功能。報告內容可以自行定義，可包括項目名稱、掃查日期和時間、焊縫ID、操作員姓名、完整的掃查視圖、帶有檢測區域信息的焊縫坡口圖形，以及帶有識別碼、長度、高度、焊縫中位置、焊縫狀態及操作員注釋等信息的缺陷報表。

簡單的數據存儲
所有數據文件可以被存儲在任何外置硬驅動存儲裝置中，或在CD/DVD盤上歸檔，以備日后參考。可以自動鏡像備份數據的功能增加了數據的安全性能。通過互聯網可以方便地將數據文件傳輸到其他地方。
PipeWIZARD VIEWER
PipeWIZARD VIEWER是一個用于觀察相控陣和超聲數據的免費軟件。這個軟件具有加載由PipeWIZARD V4軟件生成的數據文件的性能。這個軟件對于需要回顧掃查的第三方或最終用戶非常有用。PipeWIZARD VIEWER軟件可基于帶有SP2的Microsoft Windows XP Pro、Microsoft Windows Vista及Microsoft Windows 7運行。

高級應用
PipeWIZARD系統用途廣泛，可以用于檢測特殊焊縫結構以及其他應用。
包層管道：PipeWIZARD軟件通過其縱波功能及其他高級性能，利用特殊的檢測技術，可對包層管道進行檢測。
無縫管道：PipeWIZARD軟件利用一項已開發并得到認可的獨特檢測技術，可對各種壁厚管道的焊縫進行檢測。
厚壁管道：PipeWIZARD系統利用不同的探頭、楔塊，通過極小的機械修正，可以檢測厚壁管道的焊縫。
 
PipeWIZARD設備
掃查器
PipeWIZARD掃查器是一款可進行穩定、可重復性掃查的小巧、結實并已經過實地驗證的掃查器。
掃查器頭的設計符合IP66定級標準，裝有一個驅動電機、一個編碼器、兩個相控陣探頭和楔塊、兩個TOFD探頭和楔塊，以及一個溫度傳感器。
一條重型臍帶線纜包容了所有必要的線纜，其中還包括用于耦合的水管。
計算機與軟件
堅固耐用的筆記本電腦內裝有Microsoft Windows和PipeWIZARD數據采集和分析軟件。軟件套裝包含TomoView和高級計算器軟件、Microsoft Office辦公軟件及所有必要的軟件附件。
主機箱
主機箱體積不大但穩固結實，其設計符合IP64定級標準。這個重型機箱內裝有TomoScan FOCUS LT單元和PWZ-MCDU單元。其前蓋上裝有一個熱交換器，而且內置有用于保護設備的減震器。其接線面板上的外置電源插座可以連接各種附件。
采集單元
采集單元TomoScan FOCUS LT 64:128最多可提供64個聚焦通道和128個P/R，可以多種方式組合相控陣探頭和常規探頭。
電機控制器和驅動單元
PWZ-MCDU使用Ethernet鏈接驅動一個DC伺服電動機。