姚洪昆，梁 棟，錢 勇

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

隨著鋼級、壁厚的提高，油氣管線輸送壓力提高，由于焊接缺陷導致的事故的破壞性增加。因此，對于高鋼級厚壁鋼管焊縫中存在的裂紋、未焊透等危害性缺陷的檢驗尤其重要。

1 鋼板超聲波檢測工藝技術(shù)改進

目前國內(nèi)鋼廠的鋼板質(zhì)量非常不穩(wěn)定，特別是板邊質(zhì)量和鋼板表面質(zhì)量較差，經(jīng)常出現(xiàn)批量的重皮、折疊、裂紋、結(jié)疤等缺陷。在我國已建成的輸送管線中，鋼板母材缺陷對管線的危害程度遠大于焊縫缺陷，但國內(nèi)外管線標準對鋼板的檢測只是控制母材分層缺陷，因此對鋼板的質(zhì)量控制應有超前意識。但是許多管廠使用的國內(nèi)設備無自動評定、記錄系統(tǒng)軟件，探頭檢測盲區(qū)較大，儀器性能不穩(wěn)定，使用效果無法滿足高標準要求。

1.1 超聲波檢測工藝技術(shù)的特點

針對以上問題，渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司研制出一套鋼板超聲波檢測系統(tǒng)，目前已在生產(chǎn)線使用，其在檢測過程中主要實現(xiàn)了以下5 個功能：①鋼板100%覆蓋分層缺陷檢測，保證檢測上、下表面盲區(qū)≤1.5 mm；②100%覆蓋板邊50 mm 范圍內(nèi)的非分層縱向、橫向缺陷檢測；③鋼板邊緣檢測盲區(qū)≤5 mm，板頭和板尾檢測盲區(qū)≤20 mm；④對所有檢測報警處實現(xiàn)自動噴標功能；⑤板探探傷系統(tǒng)通過軟件智能實現(xiàn)對每一張鋼板探傷曲線記錄進行保存。

該系統(tǒng)檢測方式的特點：①采用雙晶縱波直探頭檢測、水膜接觸耦合方式，探頭分割面垂直于鋼板前進方向；②采用橫波探頭檢測、水膜接觸耦合方式，探頭分橫向檢測和縱向檢測，即鋼板前進探頭固定不動。

1.2 鋼板超聲波檢測設備探頭布置

該檢測設備是目前國內(nèi)最先進全自動超聲波板體探傷設備，探頭的布局主要從鋼板邊部分層檢測、中部分層檢測、板邊縱向非分層檢測及板邊橫向非分層檢測（圖1），通道分布及數(shù)量見表1。

表1 通道分布及數(shù)量

圖1 鋼板超聲波檢測設備探頭布置

該系統(tǒng)采用國際先進的自動檢測評定、記錄軟件系統(tǒng)，儀器及探頭機械部分具有穩(wěn)定的性能，探頭檢測盲區(qū)小。兩側(cè)板邊各5 個分層探頭，主要控制鋼板板邊較小分層缺陷。兩側(cè)板邊各12 個橫波斜探頭，在滿足國內(nèi)外所有標準的前提下，增設板邊斜探頭裝置主要檢測鋼板板邊重皮、折疊、裂紋、結(jié)疤等缺陷（彌補了其他探傷設備在這方面的空白），但在高鋼級大壁厚產(chǎn)品質(zhì)量控制方面卻是必要的。

2 自動超聲波探傷工藝技術(shù)改進

在大壁厚鋼管的在線自動超聲波探傷過程中，根據(jù)鋼管管徑、壁厚特點以及設備特性，主要進行了以下3 個方面的改進。

2.1 擴徑前焊縫超聲波檢測技術(shù)的改進

通過幾年的鋼管生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)高鋼級Ф1219×25.7/27.5/32 mm規(guī)格鋼管焊縫橫向缺陷的比例較大，因此有必要對其進行嚴格控制，特別是有些標準擴徑后不能補焊，擴徑后一旦發(fā)現(xiàn)缺陷鋼管就只能將鋼管降級或降廢，所以本次有針對性地改進擴徑前焊縫超聲波自動探傷設備。

該設備為ECH01155 多通道自動探傷儀，18 通道，儀器總增益大于80 dB，儀器重復頻率為500 Hz，循環(huán)頻率為500 Hz。探頭耦合方式采用水柱式，不受焊縫形貌、鋼管表面質(zhì)量狀況影響，干擾少、靈敏度高。改進內(nèi)容主要有：不同探頭布置方式實現(xiàn)100%全焊縫的縱向缺陷、橫向缺陷的檢測；管端盲區(qū)小于100 mm，尤其對焊縫微裂紋有很高的檢出靈敏度，能顯示每個通道對樣管的校驗記錄和生產(chǎn)檢驗中各通道對每根鋼管的探傷結(jié)果；大壁厚鋼管探傷時采用串列式探頭可對焊縫中心未焊透缺陷進行檢測，實現(xiàn)內(nèi)外全壁厚和熱影響區(qū)范圍的檢測。

該設備具有激光自動跟蹤、探傷準確率高、缺陷定位精度高、穩(wěn)定性好、實時存儲探傷記錄、打印探傷曲線、缺陷自動報警、自動噴標定位等特點，可加裝特定探頭進行相控陣探傷，實現(xiàn)C 掃描等更高精度、更精細的斷面逐層探傷。

該超聲波自動探系統(tǒng)探頭分布見圖2。

圖2 擴經(jīng)前超聲波自動探探頭分布

2.2 擴徑后焊縫相控陣超聲波檢測技術(shù)的改進

擴徑后超聲波自動檢測是國內(nèi)外標準要求必須的檢測工序，因此各種檢測方法都應齊全且達到要求，設備的先進性、穩(wěn)定性、可靠性以及評定記錄系統(tǒng)都應達到國際先進水平。

渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司采用的是德國開發(fā)的最新相控陣檢測技術(shù)，對鋼管的焊縫及焊縫兩側(cè)25 mm 的母材進行檢測（圖3）。

圖3 擴經(jīng)后相控陣超聲波自動探探頭分布

目前該相控陣檢測技術(shù)在焊管行業(yè)里屬于首創(chuàng)，系統(tǒng)具有以下6 個特征：

（1）主要檢測焊接缺陷及焊縫兩側(cè)25 mm 相鄰母材等缺陷。

（2）探頭布置及掃查范圍可以滿足國內(nèi)外鋼管最大42 mm的焊縫及母材檢測。

（3）采用激光自動跟蹤系統(tǒng)實時跟蹤焊縫。

（4）具有耦合監(jiān)視和區(qū)別于缺陷波報警的聲光報警功能，采用軟件和底波閘門監(jiān)視底波耦合狀態(tài)，可以自動區(qū)分識別探架升起無底波、耦合不良兩種狀態(tài)（即失波報警功能）。

（5）每個通道能夠絕對獨立，可實現(xiàn)縱、橫向缺陷，分層缺陷檢測；可實現(xiàn)聲光報警并輸出到噴標器，可遠程操作等系統(tǒng)的設計。

（6）具備分析功能的分析軟件：可在線或離線脫機工作，操作方便快捷；對全信息記錄的檢測結(jié)果進行分析和評估，各個通道波形及檢測結(jié)果重現(xiàn)；可顯示檢測信息、通道功能及參數(shù)信息；可對單個通道進行A 掃描方式顯示，便于對缺陷的分析和評估等功能。

2.3 串列式掃查工作原理

對于大壁厚鋼管焊縫內(nèi)部垂直鈍邊處的缺陷利用常規(guī)的檢測方式很難檢測出，因此，需要采用特殊的檢測方式，即串列式掃查，下面對串列式掃查進行介紹。單側(cè)使用串列探頭，即兩個相控陣探頭一前一后，并以相同方向放置在鋼管焊縫同一側(cè)表面，一個相控陣探頭發(fā)射的聲波被缺陷反射，反射的回波經(jīng)底面反射進入另一個探頭（圖4）。在相控陣超聲波自動探傷過程中，因探頭與鋼管的耦合不好、探頭的不完整等現(xiàn)象，容易導致探傷失效。

圖4 串列式檢測示意

為了防止串列式探傷失效，在自動探傷系統(tǒng)上匹配有耦合監(jiān)視功能，鋼管焊縫兩側(cè)對稱布置串列探頭，在沒有缺陷的情況下，2#探頭與3#探頭相互監(jiān)視，1#探頭與4#探頭相互監(jiān)視（圖5）。

圖5 串列式掃查耦合監(jiān)視示意

3 其他無損檢測技術(shù)的研究及建議

國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司成立后，鋼管制造標準由該公司進行了編制，對無損檢測的要求尤其嚴格。施工現(xiàn)場環(huán)焊縫對接后采用的檢測方式也有了很大提高，由原來的“常規(guī)超聲波檢測+環(huán)焊縫射線拍片檢測”，升級為“相控陣超聲波+TOFD檢測技術(shù)+DR 射線檢測技術(shù)”，該檢測技術(shù)能夠?qū)崟r保存檢測結(jié)果，可以隨時調(diào)出檢測結(jié)果進行復審，實現(xiàn)了檢測結(jié)果永久性存儲的目的。其中，TOFD 為Time Of Flight Diffraction 的縮寫，即超聲波衍射時差法；DR 為Direct Radiography 的縮寫，即射線檢測。

目前，國內(nèi)鋼管廠的鋼管管端探傷為人工手探，人工手探隨著人員技術(shù)水平差異、工作狀態(tài)等不可控的因素較多，易導致鋼管檢測的漏檢。人工手探也很難實現(xiàn)檢測過程中的監(jiān)控，對檢測過后的結(jié)果無法實現(xiàn)儲存和檢測后的復審。

結(jié)合國家管網(wǎng)最新技術(shù)標準以及施工現(xiàn)場環(huán)焊縫檢測標準的要求，為了達到制管廠鋼管管端檢測與施工現(xiàn)場環(huán)焊縫檢測手段的一致性和方便檢測結(jié)果復審和存儲的目的。建議鋼管制造廠的鋼管管端探傷由現(xiàn)在的人工手探改用自動探傷，自動探傷采用相控陣超聲波檢測技術(shù)，避免人的干擾影響最終的檢測結(jié)果，降低現(xiàn)場質(zhì)量異議。表2 為施工現(xiàn)場及工廠內(nèi)檢測對比內(nèi)容。

表2 施工現(xiàn)場及工廠內(nèi)檢測對比