全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)在碳鋼管線焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用

閆留青，裴 彪

（海洋石油工程股份有限公司技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452）

隨著地下能源開(kāi)發(fā)不斷向更深區(qū)域挺進(jìn)，地下管道采用的規(guī)格也越來(lái)越多，通常涵蓋管徑60.3mm（2寸）到1066.8mm（42寸）。而全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)（AUT）以其高效、精確、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為碳鋼管線焊縫的首選檢測(cè)方法，但是由于管線曲率以及AUT掃查裝置的幾何限制，通常AUT檢測(cè)工藝難以應(yīng)用于管徑114.3mm（4寸）及以下規(guī)格管線的檢驗(yàn)工作。

為驗(yàn)證在管徑為114.3mm中，AUT檢測(cè)技術(shù)對(duì)各種危險(xiǎn)面狀缺陷的檢測(cè)能力，本文依托加工的5條管徑114.3mm（4寸），壁厚6.4mm的人工缺陷焊縫（共25個(gè)人工缺陷），采用調(diào)整后的AUT檢測(cè)技術(shù)對(duì)上述5條焊縫進(jìn)行檢測(cè)以及數(shù)據(jù)分析，以評(píng)估AUT檢測(cè)技術(shù)的檢出能力和缺陷高度定量精度[1]。

1 技術(shù)簡(jiǎn)介

全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)（AUT）早期亦稱之為焊縫分區(qū)檢測(cè)技術(shù)。該檢測(cè)技術(shù)需根據(jù)待檢測(cè)焊縫的坡口形式、壁厚等參數(shù)，在壁厚方向?qū)⒑缚p劃分為2mm～3mm高的分區(qū)[2]（如下圖1所示）。結(jié)合多組聲束配置方法，針對(duì)焊縫每個(gè)分區(qū)，采用一組獨(dú)立聲束進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)焊縫區(qū)域全覆蓋。

圖1 焊縫分區(qū)示意圖

針對(duì)管徑114.3mm，壁厚6.4mm的碳鋼管規(guī)格，進(jìn)行AUT檢測(cè)工藝開(kāi)發(fā)以及超聲波聚焦法則模擬（相關(guān)模擬如下圖2所示），并進(jìn)行AUT工藝校準(zhǔn)試塊設(shè)計(jì)（相關(guān)試塊設(shè)計(jì)如下圖3所示）。

圖2 AUT聚焦法則模擬示意圖

圖3 AUT校準(zhǔn)試塊圖

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

依托管徑114.3mm，壁厚6.4mm，加工了5條人工缺陷焊縫，每條焊縫5個(gè)人工缺陷，累計(jì)共25個(gè)人工缺陷[3]。

焊縫缺陷分布圖和缺陷位置示意圖如下圖4，圖5所示。

圖4 焊縫缺陷分布示意圖

圖5 缺陷位置示意圖

人工缺陷類型主要為：未焊透、側(cè)壁未熔合、層間未熔合、密集氣孔和蓋面未熔合。缺陷分布區(qū)域主要為焊縫根部區(qū)域、填充區(qū)域和蓋面區(qū)域。

焊縫缺陷分布如表1所示。

表2 AUT與宏觀切片數(shù)據(jù)對(duì)比分析

表1 人工缺陷分布及數(shù)量

3 焊縫掃查試驗(yàn)

（1）AUT系統(tǒng)校準(zhǔn)。將調(diào)整后的AUT掃查裝置在校準(zhǔn)試塊上按照模擬的聚焦法則，逐一進(jìn)行校準(zhǔn)，確保在動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)中，每個(gè)通道帶狀掃描信號(hào)幅值在70%～99%之間。

（2）AUT焊縫掃查。將校準(zhǔn)完成后AUT系統(tǒng)，逐一對(duì)5條管徑為114.3mm的人工缺陷焊縫進(jìn)行掃查。

（3）參考線繪制。將AUT掃查裝置放置在焊縫缺陷處，前后行走找到缺陷最高波位置，用記號(hào)筆將該缺陷最高波位置和AUT掃查器行進(jìn)方向進(jìn)行標(biāo)記、并繪制缺陷位置參考線，參考線繪制方法如下圖6所示。

圖6 缺陷參考線示意圖

（4）宏觀切片。根據(jù)缺陷參考線，對(duì)AUT檢測(cè)出的25個(gè)人工缺陷逐一進(jìn)行切片，相關(guān)缺陷切片如下圖7所示。

圖7 相關(guān)缺陷切片圖

4 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

逐一對(duì)5條人工缺陷焊縫AUT掃查圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并記錄相關(guān)缺陷起點(diǎn)、長(zhǎng)度、高度、深度和類型等參數(shù)逐一進(jìn)行記錄，并與宏觀切片數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，AUT與宏觀切片數(shù)據(jù)對(duì)比分析如表2所示。由上表2可知：在編號(hào)為W01，W02，W03，W04，W05的5條人工缺陷焊縫的25個(gè)缺陷中，AUT評(píng)定的缺陷高度值與宏觀切片評(píng)定的缺陷高度值，偏差在-1mm～0.8mm之間，最小偏差值為0.1，最大偏差值為1mm。

5 結(jié)論

根據(jù)碳鋼管線檢驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，AUT檢測(cè)工藝缺陷高度定量精度不超過(guò)±1mm。試驗(yàn)中，本文詳細(xì)描述了對(duì)加工的5條管徑為114.3mm（4寸），壁厚為6.4mm人工缺陷焊縫，逐一進(jìn)行AUT檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析、參考線繪制，隨后對(duì)加工的25個(gè)人工缺陷逐一進(jìn)行了宏觀切片的試驗(yàn)過(guò)程。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，AUT檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用于管徑114.3mm（4寸）壁厚為6.4mm的薄壁焊縫中，能夠?qū)庸さ?5個(gè)人工缺陷進(jìn)行有效檢出，且缺陷的高度定量偏差最大為1mm，滿足碳鋼管線檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷高度定量精度為±1mm的要求，因此該AUT檢測(cè)技術(shù)可以應(yīng)用于4寸薄壁碳鋼管線的檢驗(yàn)工作中。