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(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

隨著相控陣?yán)碚撛诔暡z測領(lǐng)域的應(yīng)用，超聲相控陣檢測(PAUT)技術(shù)日趨成熟，并以檢測速度快、缺陷定量準(zhǔn)確、設(shè)備使用靈活、故障率低、可交叉作業(yè)等優(yōu)點而逐漸廣泛應(yīng)用于海底管道的焊縫檢測中。海底管道雙層管為管中管的形式，兩管之間采用保溫材料進(jìn)行填充。在施工過程中，完成內(nèi)管焊接檢驗后需要進(jìn)行外管焊口的組對焊接，而外管的周向旋轉(zhuǎn)受限，同時受到管體橢圓形狀的影響，就存在影響自動超聲檢測(AUT)精度的風(fēng)險。結(jié)合海底管線項目雙層管外管檢測存在的風(fēng)險，筆者設(shè)計了可靠的PAUT檢測工藝及軌道式掃查裝置，該裝置完全滿足海底管線鋪設(shè)過程中的外管檢測要求，在保證工程質(zhì)量及效率的同時，有效節(jié)約了大型檢測設(shè)備資源的投入，為海底管道檢測提供了更加多元化的檢測方案。

1 PAUT檢測工藝和數(shù)據(jù)采集裝置

圖1 相控陣波束覆蓋示意

1.1 PAUT檢測工藝

依據(jù)被檢工件的材料、尺寸、批準(zhǔn)的焊接工藝及檢測區(qū)域，選擇合適的設(shè)備與探頭組合，設(shè)置起始晶片和激發(fā)晶片的數(shù)量、聚焦的類型、聚焦的位置，合適的角度范圍及角度步進(jìn)，生成一個扇形掃描，通過選擇合適的步進(jìn)偏移，實現(xiàn)對檢測區(qū)域的全覆蓋，相控陣波束覆蓋示意如圖1所示。同時,該工藝設(shè)置了一組TOFD(超聲波衍射時差法)探頭，用以提高焊縫內(nèi)部缺陷的高度定量精度，確保該工藝在焊縫各個區(qū)域具有良好的檢測能力。由標(biāo)準(zhǔn)DNV-OS-F101-2013 《海底管線系統(tǒng)》可知，TOFD波束覆蓋示意如圖2所示，PAUT檢測工藝顯示視圖如圖3所示。

圖2 TOFD波束覆蓋示意

圖3 PAUT檢測工藝顯示視圖

1.2 數(shù)據(jù)采集裝置

針對海底管線焊縫檢測的特點，設(shè)計了新型軌道式掃查裝置，該掃查裝置可同時夾持2組探頭，實現(xiàn)電動掃查，最大掃查速度可達(dá)100 mm·s-1，探頭偏移精度可控制在-1～1 mm之內(nèi)，周向掃查精度在-5～5 mm之內(nèi)。

2 驗證試驗

2.1 焊接缺陷的制備

在PAUT檢測能力驗證時，采用的試驗管道管徑為323 mm，壁厚為11.1 mm，在焊縫內(nèi)部表面及內(nèi)部不同深度處設(shè)置不同的焊接缺陷，缺陷類型包括根部未焊透、坡口未熔合、外表面開口、焊縫中心氣孔、夾渣等。

2.2 試驗數(shù)據(jù)分析

為了驗證PAUT檢測工藝的缺陷檢測能力及可靠性，對加工好的缺陷焊縫分別進(jìn)行PAUT、AUT和RT(射線檢測)，采用相同的掃查零點和掃查方向，記錄每個缺陷的長度、深度和高度，詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，PAUT檢測工藝配置可檢測出焊縫中不同位置、不同類型的缺陷。

在長度的定量檢測時，PAUT與AUT定量檢測的最大偏差為3 mm，與RT定量檢測的最大偏差也是3 mm；在深度的定量檢測時，PAUT與設(shè)計定值的最大偏差為2.4 mm，與AUT深度定量檢測的最大偏差為1.9 mm；高度定量檢測時，PAUT與設(shè)計值的最大偏差為1 mm，與AUT定量檢測的最

表1 PAUT,AUT,RT對焊縫的檢測數(shù)據(jù)

大偏差為0.9 mm。

AUT采用分區(qū)法檢測和帶狀圖顯示，利用分區(qū)高度及反射回波幅度進(jìn)行高度定量，由于焊縫中缺陷的方向性、有效反射面、分區(qū)高度等對高度定量的影響，造成部分缺陷的PAUT與AUT高度定量存在差異。

綜上分析，PAUT與AUT對不同位置、不同類型的缺陷具有一致的檢測效果，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 PAUT檢測能力

為了進(jìn)一步驗證PAUT工藝對缺陷的檢測能力以及在海管鋪設(shè)過程中的檢測可靠性，在項目施工過程中進(jìn)行了一定數(shù)量焊口的檢測能力及穩(wěn)定性對比試驗，對存在缺陷的焊縫進(jìn)行了PAUT與AUT對比試驗，記錄缺陷的長度、深度、高度信息，現(xiàn)場焊口的對比試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 現(xiàn)場焊口的對比試驗數(shù)據(jù) mm

由表2可知，PAUT與AUT在長度定量方面的最大偏差為3 mm，高度定量方面的最大偏差為1 mm，深度定量偏差最大為1 mm，具有一致的評

定結(jié)果。通過現(xiàn)場的對比試驗得出，PAUT技術(shù)能有效檢測出不同深度的焊接缺陷，且定量準(zhǔn)確。

3.2 檢測可靠性及檢測效率

(1) 采用PAUT軌道式掃查裝置，可將探頭步進(jìn)偏移偏差控制在±1 mm范圍之內(nèi)，使數(shù)據(jù)采集更可靠。

(2) 完成直徑為457 mm管線的焊縫檢測僅需3 min，滿足現(xiàn)場管線的鋪設(shè)要求。

(3) 準(zhǔn)確的缺陷定量結(jié)果有助于焊接質(zhì)量的提升，降低返修率，提高管線的整體鋪設(shè)效率。

4 PAUT結(jié)果的影響因素

(1) 數(shù)據(jù)采集過程中，探頭步進(jìn)偏移會造成根部或表面區(qū)域缺陷漏檢，影響檢測的完整性。因此，在數(shù)據(jù)采集過程中，探頭步進(jìn)偏移應(yīng)控制在±2 mm范圍之內(nèi)，確保整個工藝的完整性。

(2) 合適的掃查速度可以避免數(shù)據(jù)丟失。

(3) 確保檢測焊縫表面溫度小于40℃，且試塊與焊縫溫差控制在±10℃。

(4) 探頭楔塊的曲率與被檢管的曲率相同。

5 結(jié)論

通過對比試驗結(jié)果可知，PAUT技術(shù)具有良好的檢測能力，可對缺陷長度、高度及深度進(jìn)行可靠地定量檢測，掃查裝置具有良好的穩(wěn)定性及檢測效率。同時,PAUT設(shè)備的便攜性及低成本有效解決了施工船舶大型AUT檢測設(shè)備存放的空間需求及成本投入。通過PAUT技術(shù)的成功應(yīng)用，為海底管線鋪設(shè)過程中的焊縫檢測提供了多元化的檢測方案，同時積累了現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，為今后PAUT技術(shù)的應(yīng)用提供了更加有利的技術(shù)支持。