海洋石油平臺(tái)小壁厚工藝管道相控陣超聲波檢測(cè)應(yīng)用研究

陳亮，孫曉明，尤衛(wèi)宏，張?zhí)旖瑓菃T，姜華，張立艷

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

海洋石油平臺(tái)小壁厚工藝管道相控陣超聲波檢測(cè)應(yīng)用研究

陳亮，孫曉明，尤衛(wèi)宏，張?zhí)旖瑓菃T，姜華，張立艷

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

文章介紹了相控陣超聲波檢測(cè)（PAUT）工藝的原理，并對(duì)薄壁管人工缺陷焊縫分別進(jìn)行PAUT及RT檢測(cè)，分析PAUT檢測(cè)在薄壁管焊縫檢測(cè)中的能力及可靠性。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，PAUT檢測(cè)在薄壁管焊縫檢測(cè)中具有良好的能力及可靠性，且滿足標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。最后介紹了PAUT檢測(cè)影響因素及其在海洋石油平臺(tái)工藝管道檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)。

海洋石油平臺(tái)；小壁厚工藝管道；超聲波檢測(cè)；應(yīng)用研究

0 引言

在海洋石油平臺(tái)工藝管道制造過程中，射線檢測(cè)作為主要的檢驗(yàn)方法發(fā)揮著重要的作用，但隨著安全環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，射線作業(yè)存在的風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯。近年來，隨著相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)（PAUT）的快速發(fā)展，在石油化工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其不同類型相控陣超聲波掃查裝置的開發(fā)，降低了對(duì)焊縫周圍空間的需求，大大提高了小空間焊縫的PAUT檢測(cè)應(yīng)用比例，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

1 相控陣超聲波檢測(cè)基本原理

相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)利用電子控制聲束成形的原理，生成和接收超聲波。相控陣超聲波檢測(cè)系統(tǒng)采用多聲束掃描成像技術(shù)，超聲波檢測(cè)探頭是由多個(gè)晶片組成的換能器陣列，陣列單元在激發(fā)電路激勵(lì)下以可控的相位激發(fā)出超聲波，并使超聲波聲束在確定的聲場(chǎng)處聚焦，其基本原理如圖1所示。

典型的相控陣探頭由壓電晶片、匹配層、金屬鍍層、內(nèi)套、背襯及多芯同軸電纜組成，如圖2所示，通過對(duì)陣列中的每個(gè)晶片延時(shí)發(fā)射激勵(lì)脈沖，從而可創(chuàng)建許多聲束角度及聚焦距離。

圖1 相控陣超聲波檢測(cè)基本原理

圖2 典型相控陣探頭組成

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 設(shè)備

選用OLYMPUS生產(chǎn)的OMNISCAN MX2設(shè)備，配備7.5 MHz相控陣探頭，直徑50.8 mm（2 in）掃查裝置。

2.2 人工缺陷制作

在規(guī)格為50.8 mm×5.5 mm的管段上制作人工缺陷焊縫，缺陷類型包括根部未熔合/未焊透、側(cè)壁未熔合、上表面?zhèn)缺谖慈酆稀⒚芗瘹饪椎热毕荩恢酶采w整個(gè)壁厚范圍。

2.3 PAUT圖像顯示（見圖3）

PAUT圖像顯示包括A型顯示（圖3（a））、B型顯示（圖3（b））、C型顯示（圖3（c））和S型顯示（圖3（d））。

圖3 PAUT圖像顯示

2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證PAUT在薄壁焊縫中的檢測(cè)能力及可靠性，對(duì)人工缺陷焊縫進(jìn)行PAUT及RT（射線）檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證PAUT對(duì)于不同位置缺陷的檢測(cè)能力，PAUT與RT對(duì)比數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知，對(duì)于薄壁焊縫，PAUT能有效檢測(cè)出根部、上表面及填充區(qū)等不同類型的缺陷，檢測(cè)結(jié)果與RT檢測(cè)結(jié)果相吻合。對(duì)于根部及側(cè)壁未熔合類缺陷，PAUT表現(xiàn)出了更高的檢測(cè)靈敏度及可靠性，同時(shí)，PAUT可進(jìn)行缺陷高度的測(cè)量，可有效評(píng)定缺陷的嚴(yán)重程度。

3 PAUT影響因素及優(yōu)勢(shì)

3.1 影響因素

（1）探頭步進(jìn)偏移量。數(shù)據(jù)采集過程中，探頭步進(jìn)偏移會(huì)造成根部或表面區(qū)域漏檢，影響檢測(cè)完整性。因此，數(shù)據(jù)采集過程中，探頭步進(jìn)偏移應(yīng)控制在±2 mm范圍之內(nèi)，以確保整個(gè)工藝的完整性。

（2）掃查速度。要保證合適的掃查速度，避免數(shù)據(jù)丟失。

（3）溫度。確保檢測(cè)焊縫表面溫度小于40℃，且試塊與焊縫溫差控制在±10℃范圍之內(nèi)。

表1 PAUT與RT檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

3.2 PAUT優(yōu)勢(shì)

PAUT檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)時(shí)間、精度及安全性方面具有諸多優(yōu)勢(shì)：

（1）采用的掃查裝置運(yùn)行穩(wěn)定，最大掃查速度可達(dá)40 mm/s。

（2）可準(zhǔn)確測(cè)量缺陷的高度、長度，且具有檢測(cè)可重復(fù)性，使焊縫缺陷定量、定位。

（3）完全由電子設(shè)備操作完成，采用水耦合，檢測(cè)過程無污染，可實(shí)現(xiàn)交叉作業(yè)，從而提升整體施工效率。

（4）檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)電子化存儲(chǔ)，此外還可進(jìn)行離線分析。

4 結(jié)束語

海洋石油平臺(tái)工藝管道制造過程中有大量的小壁厚管道需進(jìn)行100%射線檢測(cè)，通過此次試驗(yàn)研究表明，PAUT檢測(cè)技術(shù)在小壁厚管道焊縫檢測(cè)中具有更高可靠性，對(duì)未熔合類缺陷具有更好的檢測(cè)靈敏度，同時(shí)在安全性、環(huán)境保護(hù)、檢測(cè)速度等方面優(yōu)勢(shì)明顯。本研究成果可為今后推進(jìn)PAUT檢測(cè)技術(shù)在海洋平臺(tái)工藝管道制造過程中更廣泛的應(yīng)用提供有力的支持。

[1]ASME B31.3-2012，工藝管線[S].

[2]ASME B31 CASE 181-2007，壓力管線標(biāo)準(zhǔn)181案例[S].

[3]黃晶.超聲相控陣?yán)碚摷捌湓诤Ｑ笃脚_(tái)結(jié)構(gòu)焊縫缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2005.

Phase ArrayUltrasonic Testing for Thin WallPiping ofOffshore OilPlatform

Chen Liang，Sun Xiaoming，You Weihong，Zhang Tianjiang，Wu Yuan，Jiang Hua，Zhang Liyan
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

This paper introduces the principle of phase array ultrasonic testing（PAUT）technique and the PAUTand RT inspections of artificial defects made in welds in thin wall pipes，and analyzes the inspection ability and reliability of PAUT for welds of thin wall pipes.The experiment results show that PAUT is a perfect means to inspect weld defects of thin wall pipes.Also，the influence factors of PAUT and its application advantages in offshoreoilplatform piping inspection are described.

offshore oilplatform；thin wallprocess piping；ultrasonic testing；applicative research

圖片報(bào)道：PAUT檢測(cè)設(shè)備在工程中應(yīng)用

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.01.020

陳亮（1983-），男，江蘇沭陽人，工程師，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，主要從事海洋石油平臺(tái)、海底管道相控陣檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用研究。

2014-05-08