油氣管道焊縫全自動超聲波檢測評定技術研究

陳 劍

（大慶油田工程建設有限公司培訓中心，黑龍江 大慶 163712）

0 引言

油氣長輸管道工程焊接檢測施工中，全自動超聲波檢測技術（AUT）已成為焊接質量的主要檢測方法，具有檢測高效、準確、焊縫缺欠檢出率高等技術優點。AUT檢測評定技術是工程檢測質量控制的重點，主要是對焊縫缺欠進行定性、定量和定位等分析。通過開展AUT檢測評定技術研究，優化評定工藝技術，提高焊縫AUT檢測評定質量，為油氣長輸管道工程的焊縫質量檢測提供技術支持。

1 AUT評定技術

1.1 焊縫缺欠定性

AUT檢測對缺欠的顯示采用帶狀圖譜（A掃描）、體積型通道圖譜（B掃描）和TOFD通道圖譜三種顯示方式（如圖1所示）。帶狀圖設置有時間門和波幅門，時間門是確定顯示信號的位置，波幅門是確定顯示信號的幅度，在帶狀圖中根據A掃描波形出現在閘門內的不同位置來確定缺欠在焊縫中的位置。體積型通道就是采用B掃描進行檢測的通道，可以顯示出被檢工件焊縫截面方向上的缺欠分布情況。TOFD通道除了盲區外其它位置的缺欠顯示非常直觀，對缺欠可以準確定量和定位。在檢測評定過程中只有結合三種顯示方式的通道圖譜才能準確焊縫評定缺欠性質。

圖1 管道焊縫AUT掃查圖

1.1.1 坡口未熔合

焊縫坡口未熔合缺欠位于焊縫坡口附近的熱影響區和熔合區位置，一般在AUT掃查圖中的A掃描通道、體積通道和TOFD通道中均有缺欠成像顯示（除TOFD盲區外），其中A掃描通道中的缺欠回波波幅較高，缺欠門位在坡口位置，同時在TOFD通道和體積通道中的缺欠成像一般為較細的線狀影像特征。

1.1.2 層間未熔合

焊縫層間未熔合缺欠一般在AUT掃查圖中的體積通道和TOFD通道中會有成像顯示（TOFD盲區除外），由于A掃描通道中檢測波束和未熔合缺欠夾角的原因，A掃描通道中的缺欠回波波幅顯示可能較低或無缺欠回波，并且缺欠的門位不固定，在TOFD通道和體積通道中一般顯示為線狀影像特征。

1.1.3 未焊透

焊縫未焊透缺欠位于焊縫的根部或鈍邊區，在掃查圖A掃描通道的鈍邊和根部區會有缺欠回波影像，回波波幅可能較低或較高，鈍邊區的未焊透缺欠可能在上下游的鈍邊區通道對稱顯示。根部體積通道可能會有成像顯示，這主要和根部體積通道的檢測角度有關。TOFD通道可能會有成像顯示，這主要取決于TOFD檢測下表面盲區的大小，在TOFD通道和體積通道中的缺欠成像一般顯示為線狀影像 特征。

1.1.4 裂紋

由于焊縫裂紋缺欠形狀多樣化的原因，在AUT掃查圖中的成像特征不太明顯。A掃描通道中可能會有缺欠回波顯示，回波波幅可能較低或較高，這主要取決于A掃描的檢測角度和裂紋的方向。在體積通道和TOFD通道中一般有缺欠成像顯示。由于裂紋缺欠形狀多樣不規則的原因，體積通道的裂紋缺欠成像特征一般有一定寬度且形狀不規則。TOFD通道的缺欠成像特征一般為不規則的曲線狀顯示，一般近表面的裂紋缺陷在TOFD通道的直通波是斷開的。

1.1.5 分散型體積缺欠

在AUT掃查圖中的成像特征比較明顯。A掃描通道中的缺欠回波波幅較低或無回波顯示。體積通道和TOFD通道中一般會有缺欠成像顯示（TOFD盲區除外），TOFD通道的缺欠成像為有一定弧度的細線狀，體積通道的缺欠成像為有一定寬度的橢圓 形狀。

1.1.6 密集型體積缺欠

密集型體積缺欠在AUT掃查圖中有一定的成像特征。一般A掃描通道中的缺欠回波波幅較低或無回波顯示，體積通道和TOFD通道中一般會有缺欠成像顯示（TOFD盲區除外），體積通道中缺欠成像為具有一定寬度分層的點線鏈狀圖像，TOFD通道中缺欠成像為有一定高度的點線鏈狀圖像。

1.1.7 內凹

焊縫內凹缺欠位于焊縫的根部，在掃查圖A掃描通道的根部和鈍邊區一般會有缺欠回波顯示，缺欠回波波幅可能較低或較高，這主要取決于根部和鈍邊分區的A掃描檢測角度。根部體積通道一般無明顯缺欠成像顯示。TOFD通道可能會有成像顯示（TOFD盲區除外），這主要取決于TOFD下表面盲區的大小，在TOFD通道中一般成像為有一定弧度的凹線狀影像。

1.2 焊縫缺欠定量

1.2.1 焊縫缺欠長度測定

一般采用測長法來確定缺欠的長度。測長法是根據缺欠的波高與探頭移動距離來確定缺欠的尺寸。AUT系統測量缺欠長度是通過測量指針和參考指針來完成的，若認定某個顯示為缺欠，將參考指針和測量指針分別移動到缺欠的起、止點，便可從系統軟件的Delta數據框中直接讀出兩標尺之間的距離，從Accumulative數據框中直接讀出兩標尺間超過評價波幅缺欠的累計長度。

1.2.2 焊縫缺欠高度測定

目前，AUT技術采用分區法和TOFD法測量焊縫缺欠高度。

（1）分區測量技術

分區法測量焊縫缺欠的自身高度就是根據焊縫分區表，通過焊縫缺欠在AUT帶狀圖中所占的分區個數和分區高度來計算缺欠的高度。分區法實用、直觀、容易掌握，但是誤差較大。要想減少分區法產生的誤差，就得增加分區數，分區越細，測量缺欠的自身高度越準確，但系統調試困難，給檢測工作增加難度，因此說分區法要根據具體情況而定；

（2）TOFD測量技術

和分區法相比，除了盲區以外TOFD技術測量缺欠自身高度還是很精確的。采用該技術應先校準TOFD通道的焊縫厚度。TOFD校準完后，將參考指針和測量指針分別放在缺欠上下兩個端點反射波相鄰的波峰和波谷邊緣上，就可以應用TOFD通道直接測得缺欠的自身高度；

根據檢測標準[1]，在TOFD通道中能分辨出缺欠的上、下端點衍射信號的情況下，應優先選用TOFD技術測量缺欠的高度。當在TOFD通道中不能分辨出缺欠的上、下端點衍射信號的情況下，可以通過分區法結合AUT校準圖中各通道的基準靈敏度和缺欠回波波幅值計算缺欠的高度。

1.3 焊縫缺欠定位

（1）缺欠圓周位置的測定

全自動超聲波檢測系統的編碼器記錄從掃查起點到終點的距離，可以直接從AUT掃查圖中編碼器記錄的位置直接讀出該缺欠的焊縫圓周方向位置；

（2）缺欠深度位置的測定

全自動超聲波檢測系統測量缺欠深度有兩種方法，一種是分區法，另一種是TOFD測量法。由于全自動超聲波檢測采用分區掃查法，將焊縫沿厚度方向分成若干個分區，每個分區有一定的高度。分區法根據焊縫分區表，通過焊縫缺欠所在的分區查表得出缺欠在焊縫中的深度位置，該方法具有一定的誤差。TOFD技術除了不能測量盲區內的缺欠深度外，對其他位置的缺欠都能準確的測量其深度，且測量精度相對高。

根據檢測標準[1]，在工程檢測中TOFD盲區外應優先選用TOFD方法測量焊縫缺欠的深度，在TOFD盲區的缺欠可以采用分區法計算缺欠深度。

2 工程應用情況及結論

優化后的AUT檢測評定技術應用在油氣長輸管道工程檢測施工中，提高了AUT檢測的定性、定量和定位準確性，檢測評定準確率達到100%，保證了工程檢測質量。