趙仁順，梁志農(nóng)，張學(xué)江

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

自動探傷設(shè)備檢測缺陷能力的評價試驗

趙仁順，梁志農(nóng)，張學(xué)江

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

采用若干符合用戶要求的帶有兩種人工缺陷的樣管，在鋼管公司的漏磁探傷和超聲波探傷機(jī)組進(jìn)行了自動探傷設(shè)備檢測缺陷能力的評價試驗。結(jié)果表明，各探傷機(jī)組全部能夠穩(wěn)定地檢測出鋼管存在的橫、縱向缺陷。漏磁探傷對斜向缺陷的檢出效果優(yōu)于超聲波探傷。公司主要自動探傷設(shè)備能力能夠滿足大型石油公司的要求。

自動；檢測；能力；評價；漏磁探傷；超聲波探傷；鋼管

1 引言

大型石油公司在進(jìn)行認(rèn)證審核過程中或用戶在簽訂產(chǎn)品合同時，通常都很關(guān)注自動探傷方法及探傷設(shè)備的檢測能力，在認(rèn)證審核前的問卷調(diào)查中都提及此問題，且認(rèn)證審核期間要求現(xiàn)場見證自動探傷設(shè)備的實際校驗即設(shè)備檢測缺陷的能力。在實際生產(chǎn)中，按照API SPEC 5CT[1]標(biāo)準(zhǔn)，要求每臺設(shè)備均進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)，以驗證其檢測缺陷的穩(wěn)定性和重復(fù)性，但目前對自動線探傷設(shè)備能力的測試驗證僅僅局限于此，還沒有系統(tǒng)的對自動探傷設(shè)備進(jìn)行設(shè)備能力測試。為此，依據(jù)用戶規(guī)范的要求，對公司主要自動探傷設(shè)備檢測缺陷能力進(jìn)行試驗驗證。

2 試驗的整體思路和技術(shù)方案

根據(jù)用戶規(guī)范[2-3]的要求，選取特定規(guī)格的樣管進(jìn)行試驗；制作兩種帶有若干不同人工缺陷的樣管，在8臺主要自動探傷設(shè)備上進(jìn)行測試試驗；分別統(tǒng)計各臺探傷設(shè)備的試驗結(jié)果，保存試驗數(shù)據(jù)和文件；全部試驗完成后，匯總成一個完整的自動探傷設(shè)備能力試驗結(jié)果。

將測試樣管編號為1#和2#，采用1#樣管分別對250機(jī)組和258機(jī)組的漏磁探傷設(shè)備以及168機(jī)組、1#熱處理、3#熱處理、4#熱處理和720機(jī)組的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行試驗；采用2#樣管對5#熱處理和3#熱處理的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行試驗，以下是試驗過程及結(jié)果。

3 試驗過程

3.1 1#測試樣管

1#測試樣管包含12個不同形狀、不同深度、不同長度的人工缺陷，1#測試樣管見圖1。人工缺陷形狀、尺寸的具體要求見表1。

3．1．1 4#熱處理線超聲波探傷試驗情況

（1）設(shè)備廠家及型號：美國GEIT公司ROTA 450S。

（2）試驗條件：樣管規(guī)格：?244．48 mm×11．99 mm，探傷速度：20 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：500 r/min。

圖1 1#測試樣管人工缺陷形狀及位置示意圖

表1 1#測試樣管上人工缺陷形狀、尺寸

（3）試驗結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計劃等主要參數(shù)，與漏磁探傷設(shè)備試驗情況相同，同樣測試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過自動超聲探傷設(shè)備，觀察測試樣管上不同位置人工缺陷的報警情況。圖2為測試樣管A端在前的其中一遍波形圖。

圖2 4#熱處理測試樣管A端在前的波形圖

測試波形圖結(jié)果顯示：5#、6#、8#、9#人工缺陷（即兩個10°斜向傷和兩個平底孔）未報警，其余的8個缺陷均能很好報警。平底孔未報警的原因是此設(shè)備的探頭尺寸較大，對較小的平底孔缺陷不敏感；斜向傷未報警的原因是沒有斜向探頭底座，只能用檢測縱向缺陷的探頭檢測斜向缺陷，然而縱向探頭對檢測斜向傷不敏感，不能有效檢測。所以通過測試試驗，此套設(shè)備不具備檢測斜向缺陷能力。3.1.2 720機(jī)組超聲波探傷試驗情況

（1）設(shè)備廠家及型號：德國Karl Deutsch公司ECHOGRAPH 1 155。

（2）試驗條件：樣管規(guī)格：?508 mm×25 mm，探傷速度：30 mm/s，旋轉(zhuǎn)速度：50 r/min。

（3）試驗結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計劃等主要參數(shù)，同樣測試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過自動超聲探傷設(shè)備，觀察測試樣管上不同位置人工缺陷的報警情況。圖3為測試樣管A端在前的波形圖。

圖3 720機(jī)組測試樣管A端在前的波形圖

測試波形圖結(jié)果顯示：6#、7#、8#人工缺陷（即兩個10°斜向傷和一個?1.5 mm的通孔）未報警，其余的9個缺陷均能很好報警。斜向缺陷未報警的原因是此套設(shè)備也沒有安裝斜向探頭底座，依靠縱向探頭不能保證斜向傷的有效檢出。觀察測試試驗的波形圖，兩個斜向傷并不是一點波形顯示都沒有，只是沒有達(dá)到報警門限，即使這樣，也不能證明此套設(shè)備具有檢測斜向傷的能力。

3.1.3 3#熱處理線超聲波探傷試驗情況

（1）設(shè)備廠家及型號：美國GEIT公司ROTA 180S。

（2）試驗條件：樣管規(guī)格：?177.8 mm×9.19 mm，探傷速度：25 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：1 000 r/min。

（3）試驗結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計劃等主要參數(shù)，同樣測試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過自動超聲探傷設(shè)備，觀察測試樣管上不同位置人工缺陷的報警情況。

測試結(jié)果顯示：6#、8#人工缺陷（即兩個10°斜向傷）未報警，其余的10個缺陷均能很好報警。斜向缺陷未報警的原因是此套設(shè)備也沒有安裝斜向探頭底座，依靠縱向探頭不能保證斜向傷的有效檢出。

3.1.4 250機(jī)組漏磁探傷試驗情況

（1）設(shè)備廠家及型號：美國TUBOSCOPE公司，2.5型。

（2）試驗條件：樣管規(guī)格：?244.48 mm×10.03 mm，探傷速度：1.6 m/s，轉(zhuǎn)速：280 r/min。

（3）試驗結(jié)果：調(diào)整好設(shè)備參數(shù)，測試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過自動漏磁探傷設(shè)備，觀察測試樣管上不同位置人工缺陷的報警情況。

測試結(jié)果顯示：除11#人工缺陷（6 mm×28 mm的分層缺陷）沒有報警外，其他缺陷均能很好報警。分層缺陷未報警的原因是漏磁探傷設(shè)備不具備檢測分層缺陷的功能。

3.1.5 1#熱處理超聲探傷試驗情況

（1）設(shè)備廠家及型號：美國TUBOSCOPE公司TRUSCOPE。

（2）試驗條件：樣管規(guī)格：?244.48 mm×11.99 mm，探傷速度：18 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：350 r/min。

（3）試驗結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計劃等主要參數(shù)，同樣測試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過自動超聲探傷設(shè)備，觀察測試樣管上不同位置人工缺陷的報警情況。

測試結(jié)果顯示：6#、8#人工缺陷（即兩個10°斜向傷）未報警，其余的10個缺陷均能很好報警。斜向缺陷未報警的原因是此套設(shè)備也沒有安裝斜向探頭底座，依靠縱向探頭不能保證斜向傷的有效檢出。

除在以上幾個機(jī)組不同類型的探傷設(shè)備進(jìn)行試驗外，我們還在258機(jī)組的漏磁探傷設(shè)備和168機(jī)組的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行了試驗，在此就不贅述試驗過程。

3.2 2#測試樣管（見圖4）

圖4 2#測試樣管人工缺陷形狀及位置示意圖

2#測試樣管包含13個不同位置、形狀、深度的人工缺陷。人工缺陷形狀、尺寸的具體要求見表2。3．2．1 5#熱處理的超聲波探傷試驗情況

（1）設(shè)備廠家及型號：德國卡爾德意志公司ECHOGRAPH 1155-32L-18T-6Lm/W。

（2）試驗條件：樣管規(guī)格：?244．48 mm×11．05 mm，探傷速度：8 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：100 r/min。

（3）試驗結(jié)果：設(shè)定螺距為86．4 mm、脈沖重復(fù)頻率10 kHz以及其他主要參數(shù)，同樣測試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過自動超聲探傷設(shè)備，觀察測試樣管上不同位置人工缺陷的報警情況。

圖5為測試樣管A端在前的其中一遍波形圖。

測試波形圖結(jié)果顯示：9#人工缺陷（即從內(nèi)表面制作的深為壁厚的12.5%的?6.35 mm平底孔）未達(dá)到報警門限，其余的12個缺陷均能很好報警。9#人工缺陷未報警的原因是?6.35 mm的平底孔的深度太淺，對于此支試驗樣管規(guī)格（?244.48 mm× 11.05 mm），孔深只有1.38 mm，平底孔的反射波與底波的距離太近，不容易區(qū)分開來。有試驗數(shù)據(jù)表明，若?6.35 mm平底孔的深度達(dá)到2.0 mm以上，此套設(shè)備應(yīng)能較容易檢測出來。

3.2.2 3#熱處理的超聲波探傷試驗情況

用?177.8 mm×8.05 mm的鋼管按圖4制作13個人工缺陷，用于3#熱處理的超聲波探傷設(shè)備的測試，測試結(jié)果與5#熱的基本相同，除9#人工缺陷（即從內(nèi)表面制作的深為壁厚的12.5%的?6.35 mm平底孔）未達(dá)到報警門限，其余的12個缺陷均能很好報警。原因仍是?6.35 mm的平底孔的深度太淺，若平底孔的深度再深些，此套設(shè)備應(yīng)能較容易檢測出來。

2#測試樣管的試驗結(jié)果見表4。

隨后，在此臺設(shè)備做過另外的試驗，試驗數(shù)據(jù)表明，只要平底孔的深度達(dá)到2.0 mm以上，測試時均能穩(wěn)定報警，只是測試速度較慢，通常為6～10 m/min，而正常探傷時的速度通常為25～30 m/min。此點需公司在簽訂要求用?6.35 mm平底孔校準(zhǔn)的合同時引起注意，即滿足用戶要求是需要損失很大產(chǎn)能的。

綜上，2#測試樣管對3#熱和5#熱的自動超聲波探傷設(shè)備的測試試驗結(jié)果表明，這兩臺超聲波探傷設(shè)備與其他的自動探傷設(shè)備比較，最大的區(qū)別是能在較慢的探傷速度下檢測出深度2.0 mm以上的?6.35 mm平底孔，而公司其他的自動超聲波探傷設(shè)備即便是在較慢的探傷速度下也不能檢測?6.35 mm平底孔，不論平底孔的深度如何。但目前公司所有的自動超聲波探傷設(shè)備均能在正常的探傷速度下有效的檢測出6 mm×15 mm的矩形凹槽，用于模擬海洋和/或酸性服役環(huán)境的管線管分層缺陷的檢測。

表2 2#測試樣管上人工缺陷形狀、尺寸

圖5 5#熱處理測試樣管A端在前的波形圖

4 自動探傷設(shè)備能力試驗結(jié)果匯總

1#測試樣管的試驗結(jié)果見表3，2#測試樣管的試驗結(jié)果見表4。

通過上述試驗及實際檢測驗證，體現(xiàn)了各自動探傷機(jī)組的實際探傷能力?？傮w上看，各機(jī)組全部能夠穩(wěn)定地檢測出鋼管中存在的縱、橫向缺陷，即使缺陷長度只有12 mm、深度只有壁厚的5%也能很好的檢出，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)及大部分用戶的要求，但對于斜向傷和較淺的?6.35 mm的平底孔目前還不能很好的檢出，公司在簽訂有特殊探傷要求的合

5 結(jié)語

試驗結(jié)果表明，被測試的自動探傷設(shè)備對縱、橫向缺陷有較好的檢出能力，對深度較淺的?6.35 mm的平底孔不能有效檢出。不同的探傷方法對斜向缺陷的檢出率不同，且斜向缺陷與鋼管軸向的角度是影響缺陷檢出率的重要因素。

此次試驗是有史以來對公司現(xiàn)有主要自動探傷設(shè)備能力的一次“大檢閱”，試驗結(jié)果可用于今后簽訂合同及認(rèn)證審核的依據(jù)，為探傷技術(shù)人員編寫探傷程序文件提供了技術(shù)數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場檢測提供了文件支持，對今后的探傷管理和探傷工藝制定具有很好的指導(dǎo)意義。

根據(jù)現(xiàn)有的探傷設(shè)備能力，公司已經(jīng)承接了國際各大型石油公司的很多管線管合同及國內(nèi)外用戶的套管合同，為公司創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時，也為公司開拓了更加廣闊的發(fā)展空間。同時應(yīng)引起注意。

漏磁探傷比超聲波探傷對斜向缺陷有較好的檢出效果，原因是與軸向成±10°的斜向缺陷在鋼管軸向上漏磁場的水平分量較大，而超聲波探傷對于與軸向超過±5°的斜向缺陷，大多數(shù)的反射回波無法按原路徑返回被探頭接收，所以對斜向缺陷的檢出效果較差。

表3 1#測試樣管的各機(jī)組試驗結(jié)果

表4 2#測試樣管的各機(jī)組試驗結(jié)果

[1]American Petroleum Institute.API SPEC 5CT Specification for Casing and Tubing[S].

[2] OCTG Pipe-mill automated NDE equipment'Sensitivity'trial procedure of Shell[S].

[3]Shell AUT Qualification Plan[S].

Evaluation Test on Defect Detecting Capability of Automatic Detection Device

ZHAO Ren-shun,LIANG Zhi-nong and ZHANG Xue-jiang
(Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

In order to meet the requirement by the specification,sample pipes with artificial defects were used for estimating automatic detection device．The results showed that the said device had strong capability for detecting lateral and longitudinal defects while shallow defects such as Φ 6．35 mm bottom-flat hole could not be effectively detected．With different detecting methods,different detection rates of inclined defect were obtained．The angle between inclined defect and pipe axial direction was an important factor influencing defect detection rate．

automatic detection device;detecting capability;sample pipe;ultrasonic detection;flux leakage test

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．026

2013-09-10

2013-10-12

趙仁順（1969—），男，高級工程師，探傷管理科科長，主要從事鋼管無損檢測技術(shù)管理工作。