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(海洋石油工程股份有限公司檢驗(yàn)公司, 天津 300452)

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耐腐蝕合金復(fù)合材料海底管道環(huán)焊縫各區(qū)域全自動(dòng)超聲波檢測

裴彪，徐振，常宇

(海洋石油工程股份有限公司檢驗(yàn)公司, 天津 300452)

CRA(耐腐蝕合金)復(fù)合材料海底管道內(nèi)表面通常堆焊約3 mm厚的625不銹鋼，該海底管道環(huán)焊縫通常采用射線(RT)檢測技術(shù)評(píng)估焊縫的焊接質(zhì)量。由于RT檢測效率較低，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，極大地影響了CRA復(fù)合材料海底管道鋪設(shè)效率。針對(duì)以上問題，對(duì)全自動(dòng)超聲波(AUT)檢測工藝進(jìn)行研究，主要通過綜合運(yùn)用低頻縱波相控陣(PA)探頭，爬波探頭、雙晶縱波相控陣(TRL)探頭以及超聲衍射時(shí)差(TOFD)探頭，對(duì)制作的22個(gè)人工缺陷焊縫(共242個(gè)不同區(qū)域的人工缺陷)進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并與RT檢測評(píng)價(jià)結(jié)論進(jìn)行對(duì)比分析，以評(píng)估該AUT檢測工藝對(duì)CRA復(fù)合材料海底管道環(huán)焊縫各個(gè)區(qū)域缺陷的檢出率。

CRA復(fù)合材料; RT;AUT;TRL探頭;TOFD探頭;缺陷檢出率

隨著海洋深水油氣開發(fā)的不斷深入，海底管道需要輸送各種含硫量較高、腐蝕性強(qiáng)的油氣介質(zhì)，為了提高海底管道的使用壽命，CRA[1](耐腐蝕合金)復(fù)合材料海底管道的使用數(shù)量不斷增加。由于CRA復(fù)合材料海底管道內(nèi)層通常為堆焊3 mm厚625[1]型不銹鋼，因而該海底管道環(huán)焊縫通常采用射線檢測(RT)技術(shù)評(píng)估焊縫的焊接質(zhì)量[1]。

筆者運(yùn)用AUT(全自動(dòng)超聲檢測)工藝對(duì)加工的22個(gè)CRA復(fù)合材料焊縫缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)，以評(píng)估該工藝對(duì)焊縫不同區(qū)域缺陷的檢出能力。

1　AUT檢測工藝

由于CRA復(fù)合材料內(nèi)部堆焊3 mm不銹鋼，因此AUT檢測工藝采用超聲縱波檢測。為了確保覆蓋整個(gè)焊縫區(qū)域(見圖1)，AUT檢測工藝共設(shè)計(jì)了4組檢測探頭，包括：一組低頻縱波相控陣探頭、一組爬波探頭、一組TRL(雙晶縱波相控陣)探頭和一組TOFD(超聲衍射時(shí)差)探頭[2]。各組探頭超聲波聲束主要覆蓋范圍如表1所示。

圖1　CRA復(fù)合材料焊縫示意

探頭名稱主要覆蓋區(qū)域低頻縱波PA探頭熱焊和填充區(qū)域爬波探頭蓋面區(qū)域TRL探頭根部區(qū)域TOFD探頭焊縫區(qū)域

2　工藝評(píng)定試驗(yàn)

2.1試件準(zhǔn)備

根據(jù)AUT檢測工藝評(píng)定要求，制作了9個(gè)管徑為273.1 mm、壁厚為18.9 mm和13個(gè)管徑為219.1 mm、壁厚為14.1 mm的CRA復(fù)合材料管道，并在焊縫的各個(gè)分區(qū)(包括：根部區(qū)域、鈍邊區(qū)域、熱影響區(qū)域、填充區(qū)域、蓋面區(qū)域等)加工了242個(gè)高度從0.8～2.5 mm不等的各種類型(包括：未焊透、側(cè)壁未熔合、層間未熔合等)標(biāo)準(zhǔn)人工缺陷[1]。

分別加工了1個(gè)管徑273.1 mm、壁厚18.9 mm的CRA校準(zhǔn)試塊和1個(gè)管徑219.1 mm、壁厚14.1 mm的CRA復(fù)合材料校準(zhǔn)試塊。

2.2AUT系統(tǒng)調(diào)試和校準(zhǔn)

利用CRA復(fù)合材料參考試塊上的各個(gè)人工反射體，校準(zhǔn)AUT檢測系統(tǒng)，確保各個(gè)探頭、各個(gè)通道靈敏度達(dá)到最佳狀態(tài)[1]。

AUT檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)如圖2所示。

圖2　AUT檢測系統(tǒng)校準(zhǔn)示意

2.3RT評(píng)定試驗(yàn)

運(yùn)用傳統(tǒng)RT檢測工藝將試驗(yàn)設(shè)計(jì)加工的9個(gè)管徑為273.1 mm、壁厚為18.9 mm和13個(gè)管徑為219.1 mm、壁厚為14.1 mm，共22個(gè)CRA管道焊縫逐一進(jìn)行檢測，并對(duì)RT底片進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)定。

部分CRA復(fù)合材料試驗(yàn)焊縫RT檢測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　部分試驗(yàn)焊縫RT檢測數(shù)據(jù)

由表2可知：在編號(hào)為W01,W07,W15的CRA復(fù)合材料試驗(yàn)焊縫的根部、填充、蓋面等區(qū)域分別加工了16個(gè)高度為0.8～2.5 mm的人工缺陷,采用常規(guī)RT檢測工藝，能檢出3個(gè)CRA試驗(yàn)焊縫的全部人工缺陷。

2.4AUT評(píng)定試驗(yàn)

根據(jù)AUT檢測工藝要求，運(yùn)用已經(jīng)校準(zhǔn)完成的AUT檢測系統(tǒng)對(duì)9個(gè)管徑273.1 mm、壁厚18.9 mm和13個(gè)管徑219.1 mm、壁厚14.1 mm的CRA復(fù)合材料管道焊縫進(jìn)行掃查，并對(duì)相應(yīng)的掃查圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)定。

部分CRA試驗(yàn)焊縫檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知,在編號(hào)為W01,W07,W15的CRA復(fù)合材料試驗(yàn)焊縫的根部、填充、蓋面等區(qū)域分別加工了16個(gè)高度為0.8～2.5 mm的人工缺陷，采用AUT檢測工藝，能檢出3個(gè)CRA試驗(yàn)焊縫的全部人工缺陷。

3　數(shù)據(jù)對(duì)比分析

對(duì)比分析AUT檢測工藝與RT檢測工藝在CRA復(fù)合材料試驗(yàn)焊縫中對(duì)各種類型缺陷的檢出能力，分析數(shù)據(jù)如表4所示。

表3　部分試驗(yàn)焊縫AUT檢測數(shù)據(jù)

表4　AUT和RT檢出能力分析

由表4可知：在編號(hào)為W01,W07,W15的CRA試驗(yàn)焊縫的根部、填充、蓋面等區(qū)域分別加工了16個(gè)高度為0.8～2.5 mm的人工缺陷,采用常規(guī)RT檢測工藝能檢出CRA試驗(yàn)焊縫中的全部人工缺陷，隨后運(yùn)用AUT檢測工藝進(jìn)行掃查試驗(yàn)，并對(duì)掃查圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)定，發(fā)現(xiàn)編號(hào)為W01,W07,W15的試驗(yàn)焊縫中加工的48個(gè)人工缺陷全部檢出。

4　結(jié)論

針對(duì)CRA復(fù)合材料海底管道環(huán)焊縫，開發(fā)了一套AUT檢測工藝，主要通過綜合運(yùn)用低頻縱波PA探頭，爬波探頭、TRL探頭以及TOFD探頭同時(shí)激發(fā)超聲波，確保超聲波聲束能夠完全覆蓋CRA焊縫的整個(gè)焊縫區(qū)域，同時(shí)根據(jù)CRA焊縫的焊接工藝及易產(chǎn)生的缺陷類型，設(shè)計(jì)加工了相應(yīng)的AUT校準(zhǔn)試塊，和22個(gè)CRA人工缺陷焊縫(共242個(gè)不同區(qū)域，缺陷高度0.8～2.5 mm的人工缺陷)進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并與RT檢測工藝評(píng)價(jià)結(jié)論進(jìn)行對(duì)比分析。

列舉了3個(gè)典型CRA焊縫(W01,W07,W09,共48個(gè)人工缺陷)的RT檢測數(shù)據(jù)和AUT工藝檢測數(shù)據(jù),經(jīng)過綜合評(píng)定RT底片和AUT掃查圖，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：采用該AUT檢測工藝，能檢出3個(gè)典型CRA焊縫共48個(gè)不同區(qū)域，不同高度的全部人工缺陷。因此，對(duì)于CRA焊縫，該AUT檢測工藝的檢出率滿足試驗(yàn)要求，能夠應(yīng)用于CRA復(fù)合材料海底管道環(huán)焊縫的檢測中。CRA復(fù)合材料AUT 檢測工藝的應(yīng)用，不僅能降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，還為提升海底管線鋪設(shè)效率提供了可靠保障。

[1]DNV-OS-F101海底管線系統(tǒng)[S].

[2]陳亮，孫曉明，尤衛(wèi)宏.海底管線AUT分區(qū)法缺陷高度定量測量修正方法[J].無損檢測，2014,36(7):81-84.

AUT of Weld Zones of the Girth Welds in the CRA Composite Subsea Pipeline

PEI Biao, XU Zhen, CHANG Yu

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Inspection Company, Tianjin 300452, China)

The inner surface of the CRA composite subsea pipe is always overlaid by 3 mm stainless steel. RT is the normal inspection method of the girth weld. Due to the low efficiency and high risk of RT, the CRA pipe-laying efficiency will pull down. This essay makes a research of the AUT technique focusing on performing the evaluation test on the 22 defective welds (242 induced defects located in different area) by the combination of the low frequency LW PA probes, creep probes, TRL probes and TOFD probes, so as to evaluate the POD of individual area in the CRA girth weld.

CRA composite; RT; AUT; TRL probe; TOFD probe; POD

2016-04-07

裴彪(1987-),男，工程師，主要從事海底管線質(zhì)量控制及NDT技術(shù)應(yīng)用工作。

裴彪， E-mail: yimignet@163.com。

10.11973/wsjc201609012

TG115.28

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1000-6656(2016)09-0046-03