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        全自動超聲波檢測技術在碳鋼管線焊縫檢測中的應用

        2021-04-05 15:06:54閆留青
        中國金屬通報 2021年1期
        關鍵詞:掃查管徑示意圖

        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。

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