自動(dòng)探傷設(shè)備檢測(cè)缺陷能力的評(píng)價(jià)試驗(yàn)

趙仁順，梁志農(nóng)，張學(xué)江

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

自動(dòng)探傷設(shè)備檢測(cè)缺陷能力的評(píng)價(jià)試驗(yàn)

趙仁順，梁志農(nóng)，張學(xué)江

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

采用若干符合用戶要求的帶有兩種人工缺陷的樣管，在鋼管公司的漏磁探傷和超聲波探傷機(jī)組進(jìn)行了自動(dòng)探傷設(shè)備檢測(cè)缺陷能力的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。結(jié)果表明，各探傷機(jī)組全部能夠穩(wěn)定地檢測(cè)出鋼管存在的橫、縱向缺陷。漏磁探傷對(duì)斜向缺陷的檢出效果優(yōu)于超聲波探傷。公司主要自動(dòng)探傷設(shè)備能力能夠滿足大型石油公司的要求。

自動(dòng)；檢測(cè)；能力；評(píng)價(jià)；漏磁探傷；超聲波探傷；鋼管

1 引言

大型石油公司在進(jìn)行認(rèn)證審核過(guò)程中或用戶在簽訂產(chǎn)品合同時(shí)，通常都很關(guān)注自動(dòng)探傷方法及探傷設(shè)備的檢測(cè)能力，在認(rèn)證審核前的問(wèn)卷調(diào)查中都提及此問(wèn)題，且認(rèn)證審核期間要求現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證自動(dòng)探傷設(shè)備的實(shí)際校驗(yàn)即設(shè)備檢測(cè)缺陷的能力。在實(shí)際生產(chǎn)中，按照API SPEC 5CT[1]標(biāo)準(zhǔn)，要求每臺(tái)設(shè)備均進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，以驗(yàn)證其檢測(cè)缺陷的穩(wěn)定性和重復(fù)性，但目前對(duì)自動(dòng)線探傷設(shè)備能力的測(cè)試驗(yàn)證僅僅局限于此，還沒(méi)有系統(tǒng)的對(duì)自動(dòng)探傷設(shè)備進(jìn)行設(shè)備能力測(cè)試。為此，依據(jù)用戶規(guī)范的要求，對(duì)公司主要自動(dòng)探傷設(shè)備檢測(cè)缺陷能力進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 試驗(yàn)的整體思路和技術(shù)方案

根據(jù)用戶規(guī)范[2-3]的要求，選取特定規(guī)格的樣管進(jìn)行試驗(yàn)；制作兩種帶有若干不同人工缺陷的樣管，在8臺(tái)主要自動(dòng)探傷設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)；分別統(tǒng)計(jì)各臺(tái)探傷設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)和文件；全部試驗(yàn)完成后，匯總成一個(gè)完整的自動(dòng)探傷設(shè)備能力試驗(yàn)結(jié)果。

將測(cè)試樣管編號(hào)為1#和2#，采用1#樣管分別對(duì)250機(jī)組和258機(jī)組的漏磁探傷設(shè)備以及168機(jī)組、1#熱處理、3#熱處理、4#熱處理和720機(jī)組的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)；采用2#樣管對(duì)5#熱處理和3#熱處理的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，以下是試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果。

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 1#測(cè)試樣管

1#測(cè)試樣管包含12個(gè)不同形狀、不同深度、不同長(zhǎng)度的人工缺陷，1#測(cè)試樣管見(jiàn)圖1。人工缺陷形狀、尺寸的具體要求見(jiàn)表1。

3．1．1 4#熱處理線超聲波探傷試驗(yàn)情況

（1）設(shè)備廠家及型號(hào)：美國(guó)GEIT公司ROTA 450S。

（2）試驗(yàn)條件：樣管規(guī)格：?244．48 mm×11．99 mm，探傷速度：20 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：500 r/min。

圖1 1#測(cè)試樣管人工缺陷形狀及位置示意圖

表1 1#測(cè)試樣管上人工缺陷形狀、尺寸

（3）試驗(yàn)結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計(jì)劃等主要參數(shù)，與漏磁探傷設(shè)備試驗(yàn)情況相同，同樣測(cè)試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過(guò)自動(dòng)超聲探傷設(shè)備，觀察測(cè)試樣管上不同位置人工缺陷的報(bào)警情況。圖2為測(cè)試樣管A端在前的其中一遍波形圖。

圖2 4#熱處理測(cè)試樣管A端在前的波形圖

測(cè)試波形圖結(jié)果顯示：5#、6#、8#、9#人工缺陷（即兩個(gè)10°斜向傷和兩個(gè)平底孔）未報(bào)警，其余的8個(gè)缺陷均能很好報(bào)警。平底孔未報(bào)警的原因是此設(shè)備的探頭尺寸較大，對(duì)較小的平底孔缺陷不敏感；斜向傷未報(bào)警的原因是沒(méi)有斜向探頭底座，只能用檢測(cè)縱向缺陷的探頭檢測(cè)斜向缺陷，然而縱向探頭對(duì)檢測(cè)斜向傷不敏感，不能有效檢測(cè)。所以通過(guò)測(cè)試試驗(yàn)，此套設(shè)備不具備檢測(cè)斜向缺陷能力。3.1.2 720機(jī)組超聲波探傷試驗(yàn)情況

（1）設(shè)備廠家及型號(hào)：德國(guó)Karl Deutsch公司ECHOGRAPH 1 155。

（2）試驗(yàn)條件：樣管規(guī)格：?508 mm×25 mm，探傷速度：30 mm/s，旋轉(zhuǎn)速度：50 r/min。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計(jì)劃等主要參數(shù)，同樣測(cè)試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過(guò)自動(dòng)超聲探傷設(shè)備，觀察測(cè)試樣管上不同位置人工缺陷的報(bào)警情況。圖3為測(cè)試樣管A端在前的波形圖。

圖3 720機(jī)組測(cè)試樣管A端在前的波形圖

測(cè)試波形圖結(jié)果顯示：6#、7#、8#人工缺陷（即兩個(gè)10°斜向傷和一個(gè)?1.5 mm的通孔）未報(bào)警，其余的9個(gè)缺陷均能很好報(bào)警。斜向缺陷未報(bào)警的原因是此套設(shè)備也沒(méi)有安裝斜向探頭底座，依靠縱向探頭不能保證斜向傷的有效檢出。觀察測(cè)試試驗(yàn)的波形圖，兩個(gè)斜向傷并不是一點(diǎn)波形顯示都沒(méi)有，只是沒(méi)有達(dá)到報(bào)警門(mén)限，即使這樣，也不能證明此套設(shè)備具有檢測(cè)斜向傷的能力。

3.1.3 3#熱處理線超聲波探傷試驗(yàn)情況

（1）設(shè)備廠家及型號(hào)：美國(guó)GEIT公司ROTA 180S。

（2）試驗(yàn)條件：樣管規(guī)格：?177.8 mm×9.19 mm，探傷速度：25 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：1 000 r/min。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計(jì)劃等主要參數(shù)，同樣測(cè)試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過(guò)自動(dòng)超聲探傷設(shè)備，觀察測(cè)試樣管上不同位置人工缺陷的報(bào)警情況。

測(cè)試結(jié)果顯示：6#、8#人工缺陷（即兩個(gè)10°斜向傷）未報(bào)警，其余的10個(gè)缺陷均能很好報(bào)警。斜向缺陷未報(bào)警的原因是此套設(shè)備也沒(méi)有安裝斜向探頭底座，依靠縱向探頭不能保證斜向傷的有效檢出。

3.1.4 250機(jī)組漏磁探傷試驗(yàn)情況

（1）設(shè)備廠家及型號(hào)：美國(guó)TUBOSCOPE公司，2.5型。

（2）試驗(yàn)條件：樣管規(guī)格：?244.48 mm×10.03 mm，探傷速度：1.6 m/s，轉(zhuǎn)速：280 r/min。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：調(diào)整好設(shè)備參數(shù)，測(cè)試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過(guò)自動(dòng)漏磁探傷設(shè)備，觀察測(cè)試樣管上不同位置人工缺陷的報(bào)警情況。

測(cè)試結(jié)果顯示：除11#人工缺陷（6 mm×28 mm的分層缺陷）沒(méi)有報(bào)警外，其他缺陷均能很好報(bào)警。分層缺陷未報(bào)警的原因是漏磁探傷設(shè)備不具備檢測(cè)分層缺陷的功能。

3.1.5 1#熱處理超聲探傷試驗(yàn)情況

（1）設(shè)備廠家及型號(hào)：美國(guó)TUBOSCOPE公司TRUSCOPE。

（2）試驗(yàn)條件：樣管規(guī)格：?244.48 mm×11.99 mm，探傷速度：18 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：350 r/min。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：設(shè)定好螺距、脈沖重復(fù)頻率、掃描計(jì)劃等主要參數(shù)，同樣測(cè)試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過(guò)自動(dòng)超聲探傷設(shè)備，觀察測(cè)試樣管上不同位置人工缺陷的報(bào)警情況。

測(cè)試結(jié)果顯示：6#、8#人工缺陷（即兩個(gè)10°斜向傷）未報(bào)警，其余的10個(gè)缺陷均能很好報(bào)警。斜向缺陷未報(bào)警的原因是此套設(shè)備也沒(méi)有安裝斜向探頭底座，依靠縱向探頭不能保證斜向傷的有效檢出。

除在以上幾個(gè)機(jī)組不同類型的探傷設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)外，我們還在258機(jī)組的漏磁探傷設(shè)備和168機(jī)組的超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行了試驗(yàn)，在此就不贅述試驗(yàn)過(guò)程。

3.2 2#測(cè)試樣管（見(jiàn)圖4）

圖4 2#測(cè)試樣管人工缺陷形狀及位置示意圖

2#測(cè)試樣管包含13個(gè)不同位置、形狀、深度的人工缺陷。人工缺陷形狀、尺寸的具體要求見(jiàn)表2。3．2．1 5#熱處理的超聲波探傷試驗(yàn)情況

（1）設(shè)備廠家及型號(hào)：德國(guó)卡爾德意志公司ECHOGRAPH 1155-32L-18T-6Lm/W。

（2）試驗(yàn)條件：樣管規(guī)格：?244．48 mm×11．05 mm，探傷速度：8 m/min，旋轉(zhuǎn)速度：100 r/min。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：設(shè)定螺距為86．4 mm、脈沖重復(fù)頻率10 kHz以及其他主要參數(shù)，同樣測(cè)試樣管A端在前連續(xù)5遍、B端在前連續(xù)5遍分別通過(guò)自動(dòng)超聲探傷設(shè)備，觀察測(cè)試樣管上不同位置人工缺陷的報(bào)警情況。

圖5為測(cè)試樣管A端在前的其中一遍波形圖。

測(cè)試波形圖結(jié)果顯示：9#人工缺陷（即從內(nèi)表面制作的深為壁厚的12.5%的?6.35 mm平底孔）未達(dá)到報(bào)警門(mén)限，其余的12個(gè)缺陷均能很好報(bào)警。9#人工缺陷未報(bào)警的原因是?6.35 mm的平底孔的深度太淺，對(duì)于此支試驗(yàn)樣管規(guī)格（?244.48 mm× 11.05 mm），孔深只有1.38 mm，平底孔的反射波與底波的距離太近，不容易區(qū)分開(kāi)來(lái)。有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，若?6.35 mm平底孔的深度達(dá)到2.0 mm以上，此套設(shè)備應(yīng)能較容易檢測(cè)出來(lái)。

3.2.2 3#熱處理的超聲波探傷試驗(yàn)情況

用?177.8 mm×8.05 mm的鋼管按圖4制作13個(gè)人工缺陷，用于3#熱處理的超聲波探傷設(shè)備的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與5#熱的基本相同，除9#人工缺陷（即從內(nèi)表面制作的深為壁厚的12.5%的?6.35 mm平底孔）未達(dá)到報(bào)警門(mén)限，其余的12個(gè)缺陷均能很好報(bào)警。原因仍是?6.35 mm的平底孔的深度太淺，若平底孔的深度再深些，此套設(shè)備應(yīng)能較容易檢測(cè)出來(lái)。

2#測(cè)試樣管的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

隨后，在此臺(tái)設(shè)備做過(guò)另外的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，只要平底孔的深度達(dá)到2.0 mm以上，測(cè)試時(shí)均能穩(wěn)定報(bào)警，只是測(cè)試速度較慢，通常為6～10 m/min，而正常探傷時(shí)的速度通常為25～30 m/min。此點(diǎn)需公司在簽訂要求用?6.35 mm平底孔校準(zhǔn)的合同時(shí)引起注意，即滿足用戶要求是需要損失很大產(chǎn)能的。

綜上，2#測(cè)試樣管對(duì)3#熱和5#熱的自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備的測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果表明，這兩臺(tái)超聲波探傷設(shè)備與其他的自動(dòng)探傷設(shè)備比較，最大的區(qū)別是能在較慢的探傷速度下檢測(cè)出深度2.0 mm以上的?6.35 mm平底孔，而公司其他的自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備即便是在較慢的探傷速度下也不能檢測(cè)?6.35 mm平底孔，不論平底孔的深度如何。但目前公司所有的自動(dòng)超聲波探傷設(shè)備均能在正常的探傷速度下有效的檢測(cè)出6 mm×15 mm的矩形凹槽，用于模擬海洋和/或酸性服役環(huán)境的管線管分層缺陷的檢測(cè)。

表2 2#測(cè)試樣管上人工缺陷形狀、尺寸

圖5 5#熱處理測(cè)試樣管A端在前的波形圖

4 自動(dòng)探傷設(shè)備能力試驗(yàn)結(jié)果匯總

1#測(cè)試樣管的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，2#測(cè)試樣管的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)上述試驗(yàn)及實(shí)際檢測(cè)驗(yàn)證，體現(xiàn)了各自動(dòng)探傷機(jī)組的實(shí)際探傷能力。總體上看，各機(jī)組全部能夠穩(wěn)定地檢測(cè)出鋼管中存在的縱、橫向缺陷，即使缺陷長(zhǎng)度只有12 mm、深度只有壁厚的5%也能很好的檢出，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)及大部分用戶的要求，但對(duì)于斜向傷和較淺的?6.35 mm的平底孔目前還不能很好的檢出，公司在簽訂有特殊探傷要求的合

5 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，被測(cè)試的自動(dòng)探傷設(shè)備對(duì)縱、橫向缺陷有較好的檢出能力，對(duì)深度較淺的?6.35 mm的平底孔不能有效檢出。不同的探傷方法對(duì)斜向缺陷的檢出率不同，且斜向缺陷與鋼管軸向的角度是影響缺陷檢出率的重要因素。

此次試驗(yàn)是有史以來(lái)對(duì)公司現(xiàn)有主要自動(dòng)探傷設(shè)備能力的一次“大檢閱”，試驗(yàn)結(jié)果可用于今后簽訂合同及認(rèn)證審核的依據(jù)，為探傷技術(shù)人員編寫(xiě)探傷程序文件提供了技術(shù)數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供了文件支持，對(duì)今后的探傷管理和探傷工藝制定具有很好的指導(dǎo)意義。

根據(jù)現(xiàn)有的探傷設(shè)備能力，公司已經(jīng)承接了國(guó)際各大型石油公司的很多管線管合同及國(guó)內(nèi)外用戶的套管合同，為公司創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為公司開(kāi)拓了更加廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)應(yīng)引起注意。

漏磁探傷比超聲波探傷對(duì)斜向缺陷有較好的檢出效果，原因是與軸向成±10°的斜向缺陷在鋼管軸向上漏磁場(chǎng)的水平分量較大，而超聲波探傷對(duì)于與軸向超過(guò)±5°的斜向缺陷，大多數(shù)的反射回波無(wú)法按原路徑返回被探頭接收，所以對(duì)斜向缺陷的檢出效果較差。

表3 1#測(cè)試樣管的各機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果

表4 2#測(cè)試樣管的各機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果

[1]American Petroleum Institute.API SPEC 5CT Specification for Casing and Tubing[S].

[2] OCTG Pipe-mill automated NDE equipment'Sensitivity'trial procedure of Shell[S].

[3]Shell AUT Qualification Plan[S].

Evaluation Test on Defect Detecting Capability of Automatic Detection Device

ZHAO Ren-shun,LIANG Zhi-nong and ZHANG Xue-jiang
(Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

In order to meet the requirement by the specification,sample pipes with artificial defects were used for estimating automatic detection device．The results showed that the said device had strong capability for detecting lateral and longitudinal defects while shallow defects such as Φ 6．35 mm bottom-flat hole could not be effectively detected．With different detecting methods,different detection rates of inclined defect were obtained．The angle between inclined defect and pipe axial direction was an important factor influencing defect detection rate．

automatic detection device;detecting capability;sample pipe;ultrasonic detection;flux leakage test

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．026

2013-09-10

2013-10-12

趙仁順（1969—），男，高級(jí)工程師，探傷管理科科長(zhǎng)，主要從事鋼管無(wú)損檢測(cè)技術(shù)管理工作。