在役管道環焊縫的相控陣超聲檢測

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(1.北京思派特檢測技術咨詢有限公司，廊坊 065001；2.廊坊北檢無損檢測有限公司，廊坊 065001)

近年來,國家對能源油氣的需求越來越大,管道的投入使用量也不斷增加，管道線路跨地區廣，環境復雜，管道的質量安全顯得尤為重要。最近幾年油氣管道泄漏爆炸事故頻發，不僅造成經濟損失和環境污染，甚至造成人員的傷亡。在管道鋪設的過程中，管道之間采用對接環焊縫的形式進行連接，在管道運行投入生產過程中，使用單位會采用在役檢測來排除隱患。對存疑焊縫進行定位、開挖、復檢，由于管道埋藏在地下，管道里存在天然氣或原油等介質，因此需要采用適宜的檢測工藝對焊縫進行檢測。

對于天然氣管道等可以使用射線檢測進行復檢，但對于輸送原油等液態介質的管道，就不能使用射線檢測，筆者利用相控陣超聲方法對管道內有液體介質的焊縫進行了檢測。

在檢測存在原油液體的管道焊縫時，需要考慮到管道內液體對超聲波的影響。常規橫波檢測時，使用一次波和二次波。當使用二次波時，橫波的傳輸會受到管道內液體的影響，筆者利用相控陣超聲波角度偏轉的優點，采用多角度縱波一次波進行檢測。

1 相控陣檢測原理

相控陣超聲檢測技術使用多陣元換能器激發和接收超聲波束，通過控制換能器陣列中各陣元發射(接收)脈沖的延遲時間，改變聲波到達物體內某點的相位關系，從而實現超聲波波束的掃描、偏轉、聚焦，利用機械掃描和電子掃描相結合的方法實現多種方式成像。

相控陣超聲能同時顯示多組A掃描、S掃描、B掃描和C掃描的組合視圖。在檢測過程中可以直接觀察C掃描成像，方便數據的可視化觀察和分析。通過多組視圖來判斷信號的特征，為進一步分析缺欠性質提供支持。

2 相控陣檢測工藝

采用奧林巴斯OmniScan MX2 32:128 PR設備進行檢測，配置5 MHz，64晶片探頭和SA12-N60L楔塊。檢測前根據實際工件情況進行聲場模擬，產生縱波大角度S掃。為了避免管道內液體對超聲波傳輸的影響，檢測范圍設置為縱波一倍板厚，不考慮縱波二次波以及波形轉換。聚焦法則采用同時激發16晶片，晶片選擇第49晶片，使聲束前移，形成扇掃描角度范圍40°～75°，考慮到焊縫的不規則性，為了減小盲區，楔塊需盡量靠近焊縫邊緣，實際檢測楔塊與焊縫邊緣間隔3 mm。圖1為相控陣檢測探頭聚焦法則的聲場模擬示意。

采用大角度縱波對焊縫進行體積覆蓋掃查，但在焊縫表面會存在檢測盲區(見圖2)，盲區深度為3～4 mm。爬波能夠檢測焊縫表面缺陷，因此采用爬波檢測盲區，爬波一般適合檢測最深為6～8 mm的表層深度[1]，圖3為爬波檢測示意，檢測時爬波探頭距離焊縫邊緣3 mm。

圖2 焊縫表面盲區示意

圖3 爬波檢測示意

3 現場檢測

管道鋪設地形復雜，如高山、沼澤、田地等，存疑焊口可能在任何地方，復檢管道需開挖作業，現場環境惡劣，經常出現滲水的情況，往往是邊抽水邊檢測，要求檢測時間短，效率高。

管道開挖后，首先要去除防腐層，焊縫表面進行打磨處理，使探頭移動區域達到超聲波檢測要求的表面狀態，依據檢測工藝，調整探頭和焊縫之間的距離，安裝檢測工裝，進行線性檢測。

使用相控陣超聲方法進行檢測，配合管道專用檢測工裝，使用水做耦合劑，管道直徑為813 mm，檢測時間為5 min，現場采集數據，并快速評定出具結果，為管道焊縫的后續處理提供了便利。

4 數據對比分析

在某條管線的焊口檢測過程中，發現某一焊縫射線底片有疑似裂紋信號，為了確定缺陷性質，使用相控陣超聲進行復驗。主要步驟為焊口位置確認、開挖、表面處理、相控陣超聲檢測、數據存儲分析。通過顯示圖像A/B/S三種類型信號的綜合分析，缺欠的信號特征符合裂紋的信號特征，缺欠位置與射線底片上缺欠位置相同。經過兩種方法的對比分析，最后將此缺陷定義為裂紋。將此焊縫做割口處理，以排除焊口在日后使用中產生安全隱患。

圖4，5為該管線的相控陣超聲檢測A,B,S掃描圖像和射線檢測底片，表1為其相控陣超聲檢測數據和射線檢測底片評判結果。

圖4 某管線相控陣超聲檢測A，B，S掃描圖像

表1 某管線相控陣超聲檢測數據和射線檢測底片評定結果 mm

圖5 射線檢測底片

5 結語

利用相控陣超聲探頭配合合適的角度楔塊可以產生大角度縱波聲場的特點，完成對焊縫的掃查覆蓋，采用多種成像模式分析超聲信號的特征，為缺陷的定性提供了便利。

采用相控陣超聲檢測時，通過制定合理的檢測工藝能夠提高檢測效率，提高缺陷檢出率，為內有流體介質的在役管道焊縫檢測提供一種新的檢測方法。