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(1.北京思派特檢測(cè)技術(shù)咨詢有限公司，廊坊 065001；2.廊坊北檢無損檢測(cè)有限公司，廊坊 065001)

近年來,國(guó)家對(duì)能源油氣的需求越來越大,管道的投入使用量也不斷增加，管道線路跨地區(qū)廣，環(huán)境復(fù)雜，管道的質(zhì)量安全顯得尤為重要。最近幾年油氣管道泄漏爆炸事故頻發(fā)，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，甚至造成人員的傷亡。在管道鋪設(shè)的過程中，管道之間采用對(duì)接環(huán)焊縫的形式進(jìn)行連接，在管道運(yùn)行投入生產(chǎn)過程中，使用單位會(huì)采用在役檢測(cè)來排除隱患。對(duì)存疑焊縫進(jìn)行定位、開挖、復(fù)檢，由于管道埋藏在地下，管道里存在天然氣或原油等介質(zhì)，因此需要采用適宜的檢測(cè)工藝對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)。

對(duì)于天然氣管道等可以使用射線檢測(cè)進(jìn)行復(fù)檢，但對(duì)于輸送原油等液態(tài)介質(zhì)的管道，就不能使用射線檢測(cè)，筆者利用相控陣超聲方法對(duì)管道內(nèi)有液體介質(zhì)的焊縫進(jìn)行了檢測(cè)。

在檢測(cè)存在原油液體的管道焊縫時(shí)，需要考慮到管道內(nèi)液體對(duì)超聲波的影響。常規(guī)橫波檢測(cè)時(shí)，使用一次波和二次波。當(dāng)使用二次波時(shí)，橫波的傳輸會(huì)受到管道內(nèi)液體的影響，筆者利用相控陣超聲波角度偏轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，采用多角度縱波一次波進(jìn)行檢測(cè)。

1 相控陣檢測(cè)原理

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)使用多陣元換能器激發(fā)和接收超聲波束，通過控制換能器陣列中各陣元發(fā)射(接收)脈沖的延遲時(shí)間，改變聲波到達(dá)物體內(nèi)某點(diǎn)的相位關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)超聲波波束的掃描、偏轉(zhuǎn)、聚焦，利用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)多種方式成像。

相控陣超聲能同時(shí)顯示多組A掃描、S掃描、B掃描和C掃描的組合視圖。在檢測(cè)過程中可以直接觀察C掃描成像，方便數(shù)據(jù)的可視化觀察和分析。通過多組視圖來判斷信號(hào)的特征，為進(jìn)一步分析缺欠性質(zhì)提供支持。

2 相控陣檢測(cè)工藝

采用奧林巴斯OmniScan MX2 32:128 PR設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，配置5 MHz，64晶片探頭和SA12-N60L楔塊。檢測(cè)前根據(jù)實(shí)際工件情況進(jìn)行聲場(chǎng)模擬，產(chǎn)生縱波大角度S掃。為了避免管道內(nèi)液體對(duì)超聲波傳輸?shù)挠绊?，檢測(cè)范圍設(shè)置為縱波一倍板厚，不考慮縱波二次波以及波形轉(zhuǎn)換。聚焦法則采用同時(shí)激發(fā)16晶片，晶片選擇第49晶片，使聲束前移，形成扇掃描角度范圍40°～75°，考慮到焊縫的不規(guī)則性，為了減小盲區(qū)，楔塊需盡量靠近焊縫邊緣，實(shí)際檢測(cè)楔塊與焊縫邊緣間隔3 mm。圖1為相控陣檢測(cè)探頭聚焦法則的聲場(chǎng)模擬示意。

采用大角度縱波對(duì)焊縫進(jìn)行體積覆蓋掃查，但在焊縫表面會(huì)存在檢測(cè)盲區(qū)(見圖2)，盲區(qū)深度為3～4 mm。爬波能夠檢測(cè)焊縫表面缺陷，因此采用爬波檢測(cè)盲區(qū)，爬波一般適合檢測(cè)最深為6～8 mm的表層深度[1]，圖3為爬波檢測(cè)示意，檢測(cè)時(shí)爬波探頭距離焊縫邊緣3 mm。

圖2 焊縫表面盲區(qū)示意

圖3 爬波檢測(cè)示意

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

管道鋪設(shè)地形復(fù)雜，如高山、沼澤、田地等，存疑焊口可能在任何地方，復(fù)檢管道需開挖作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)滲水的情況，往往是邊抽水邊檢測(cè)，要求檢測(cè)時(shí)間短，效率高。

管道開挖后，首先要去除防腐層，焊縫表面進(jìn)行打磨處理，使探頭移動(dòng)區(qū)域達(dá)到超聲波檢測(cè)要求的表面狀態(tài)，依據(jù)檢測(cè)工藝，調(diào)整探頭和焊縫之間的距離，安裝檢測(cè)工裝，進(jìn)行線性檢測(cè)。

使用相控陣超聲方法進(jìn)行檢測(cè)，配合管道專用檢測(cè)工裝，使用水做耦合劑，管道直徑為813 mm，檢測(cè)時(shí)間為5 min，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，并快速評(píng)定出具結(jié)果，為管道焊縫的后續(xù)處理提供了便利。

4 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在某條管線的焊口檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)某一焊縫射線底片有疑似裂紋信號(hào)，為了確定缺陷性質(zhì)，使用相控陣超聲進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。主要步驟為焊口位置確認(rèn)、開挖、表面處理、相控陣超聲檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析。通過顯示圖像A/B/S三種類型信號(hào)的綜合分析，缺欠的信號(hào)特征符合裂紋的信號(hào)特征，缺欠位置與射線底片上缺欠位置相同。經(jīng)過兩種方法的對(duì)比分析，最后將此缺陷定義為裂紋。將此焊縫做割口處理，以排除焊口在日后使用中產(chǎn)生安全隱患。

圖4，5為該管線的相控陣超聲檢測(cè)A,B,S掃描圖像和射線檢測(cè)底片，表1為其相控陣超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)和射線檢測(cè)底片評(píng)判結(jié)果。

圖4 某管線相控陣超聲檢測(cè)A，B，S掃描圖像

表1 某管線相控陣超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)和射線檢測(cè)底片評(píng)定結(jié)果 mm

圖5 射線檢測(cè)底片

5 結(jié)語(yǔ)

利用相控陣超聲探頭配合合適的角度楔塊可以產(chǎn)生大角度縱波聲場(chǎng)的特點(diǎn)，完成對(duì)焊縫的掃查覆蓋，采用多種成像模式分析超聲信號(hào)的特征，為缺陷的定性提供了便利。

采用相控陣超聲檢測(cè)時(shí)，通過制定合理的檢測(cè)工藝能夠提高檢測(cè)效率，提高缺陷檢出率，為內(nèi)有流體介質(zhì)的在役管道焊縫檢測(cè)提供一種新的檢測(cè)方法。