閆留青，裴 彪

（海洋石油工程股份有限公司技術服務分公司，天津 300452）

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

為驗證在管徑為114.3mm中，AUT檢測技術對各種危險面狀缺陷的檢測能力，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個人工缺陷），采用調整后的AUT檢測技術對上述5條焊縫進行檢測以及數(shù)據(jù)分析，以評估AUT檢測技術的檢出能力和缺陷高度定量精度[1]。

1 技術簡介

全自動超聲波檢測技術（AUT）早期亦稱之為焊縫分區(qū)檢測技術。該檢測技術需根據(jù)待檢測焊縫的坡口形式、壁厚等參數(shù)，在壁厚方向將焊縫劃分為2mm～3mm高的分區(qū)[2]（如下圖1所示）。結合多組聲束配置方法，針對焊縫每個分區(qū)，采用一組獨立聲束進行檢測，從而實現(xiàn)對整個焊縫區(qū)域全覆蓋。

圖1 焊縫分區(qū)示意圖

針對管徑114.3mm，壁厚6.4mm的碳鋼管規(guī)格，進行AUT檢測工藝開發(fā)以及超聲波聚焦法則模擬（相關模擬如下圖2所示），并進行AUT工藝校準試塊設計（相關試塊設計如下圖3所示）。

圖2 AUT聚焦法則模擬示意圖

圖3 AUT校準試塊圖

2 試驗準備

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個人工缺陷，累計共25個人工缺陷[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)對比分析

表1 人工缺陷分布及數(shù)量

3 焊縫掃查試驗

（1）AUT系統(tǒng)校準。將調整后的AUT掃查裝置在校準試塊上按照模擬的聚焦法則，逐一進行校準，確保在動態(tài)校準中，每個通道帶狀掃描信號幅值在70%～99%之間。

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

（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，用記號筆將該缺陷最高波位置和AUT掃查器行進方向進行標記、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AUT檢測出的25個人工缺陷逐一進行切片，相關缺陷切片如下圖7所示。

圖7 相關缺陷切片圖

4 數(shù)據(jù)對比分析

逐一對5條人工缺陷焊縫AUT掃查圖進行數(shù)據(jù)分析，并記錄相關缺陷起點、長度、高度、深度和類型等參數(shù)逐一進行記錄，并與宏觀切片數(shù)據(jù)進行對比分析，AUT與宏觀切片數(shù)據(jù)對比分析如表2所示。由上表2可知：在編號為W01，W02，W03，W04，W05的5條人工缺陷焊縫的25個缺陷中，AUT評定的缺陷高度值與宏觀切片評定的缺陷高度值，偏差在-1mm～0.8mm之間，最小偏差值為0.1，最大偏差值為1mm。

5 結論

根據(jù)碳鋼管線檢驗相關標準要求，AUT檢測工藝缺陷高度定量精度不超過±1mm。試驗中，本文詳細描述了對加工的5條管徑為114.3mm（4寸），壁厚為6.4mm人工缺陷焊縫，逐一進行AUT檢測、數(shù)據(jù)分析、參考線繪制，隨后對加工的25個人工缺陷逐一進行了宏觀切片的試驗過程。通過數(shù)據(jù)分析，AUT檢測技術在應用于管徑114.3mm（4寸）壁厚為6.4mm的薄壁焊縫中，能夠對加工的25個人工缺陷進行有效檢出，且缺陷的高度定量偏差最大為1mm，滿足碳鋼管線檢驗標準要求的缺陷高度定量精度為±1mm的要求，因此該AUT檢測技術可以應用于4寸薄壁碳鋼管線的檢驗工作中。