全自動超聲波檢測工藝評定中的宏觀切片方法

張俊杰，裴 彪，趙明達，李 洋，徐 振，張洪鵬，李 保

(海洋石油工程股份有限公司技術服務分公司， 天津 300452)

隨著海洋油氣田開發進程的不斷加快，海底管道的作用不斷凸顯。全自動超聲波檢測技術(AUT)以其高效、精確、環保的優勢，逐漸成為海底管道環焊縫的首選檢測方法。根據AUT檢測標準的相關要求，運用于海底管道檢測的AUT系統必須通過系統認證[1]， 而系統認證試驗中最重要的環節就是宏觀切片試驗。

依托加工的6條人工缺陷焊縫(共58個人工缺陷)，筆者詳細描述了AUT系統認證中宏觀切片的方法和步驟。

1 技術簡介

全自動超聲波檢測技術早期亦稱為焊縫分區檢測技術。該檢測技術根據待測焊縫的坡口形式、壁厚等參數，在壁厚方向將焊縫劃分為多個分區，每個分區高23 mm(見圖1)。結合多組聲束配置方法，針對焊縫每個分區，采用一組獨立聲束進行檢測，從而實現整個焊縫區域的全覆蓋(見圖2)。

圖1 焊縫分區示意

圖2 焊縫分區檢測示意

全自動超聲波技術(AUT)的信號處理流程如圖3所示。

圖3 AUT信號處理流程

全自動超聲波檢測波束是基于惠更斯原理形成的，檢測時通過相控陣系統和帶角度的楔塊精確控制晶片的信號延遲，實現超聲波角度偏轉，產生工藝所需的檢測聲束(見圖4)。

圖4 AUT波束形成示意

2 宏觀切片試驗準備

加工了兩種規格的6條人工缺陷焊縫，共58個人工缺陷。其中，規格(管徑×壁厚)為508 mmX31.6 mm的人工缺陷焊縫 3條，29個人工缺陷。規格為(管徑×壁厚)508 mmX28.4 mm的人工缺陷焊縫 3條，29個人工缺陷。

焊縫缺陷分布和缺陷位置示意如圖5，6所示(圖6中DS表示下游，US表示上游，下同)。

圖5 焊縫缺陷分布

圖6 缺陷位置示意

人工缺陷類型[2]主要為：未焊透、側壁未熔合、層間未熔合和密集氣孔。缺陷分布區域主要為焊縫根部區域、熱焊區域、填充區域和蓋面區域。

焊縫人工缺陷信息能如表1所示。

表1 人工缺陷信息

3 宏觀切片試驗

3.1 缺陷標記

將AUT掃查器行走到缺陷最高波位置，用記號筆對該缺陷最高波位置和AUT掃查器行進方向進行標記。使用的AUT設備為奧林巴斯PIPEWIZARD V4型設備，圖7所示為檢測現場。AUT缺陷最高波位置如圖8中的紅色參考線所示。(圖中帶狀圖即為AUT掃查波形圖)。

圖7 AUT檢測現場

圖8 AUT波形圖及缺陷最高波位置

3.2 繪制參考線和宏觀切片

缺陷最高波位置(0點位置)標記完成后，在-2，+2，+15 mm 3個位置分別標記并繪制宏觀切片[3]參考線，參考線如圖9所示。

圖9 宏觀切片參考線

按照參考線，對缺陷逐一進行切片。

3.3 表面處理和標記

宏觀切片完成后，對切片進行打磨、拋光和標記，相關切片標記方法如圖10所示。

圖10 宏觀切片標記

3.4 酸蝕和金相照相

對切片焊縫及熱影響區進行酸蝕和金相照相，第6號焊縫中第6個人工缺陷(記為W6-D6)的3張金相照片如圖1113所示。

圖11 W6-D6-1金相

圖12 W6-D6-2金相

圖13 W6-D6-3金相

通過測量，發現W6-D6-1照片中顯示的缺陷高度為1.2 mm；W6-D6-2照片中顯示的缺陷高度為1.9 mm；W6-D6-3照片中顯示的缺陷高度為1.3 mm。

4 數據對比分析

在AUT系統工藝評定宏觀切片試驗中，在缺陷最高波位置(0點位置)，-2，+2,+15 mm 4個位置處進行線切割，得到3個切片，對3個切片中的缺陷高度進行測量，并取最大高度作為該缺陷的實際高度，從而獲得更加準確的缺陷高度。如前所述，第6號焊縫第6個缺陷中3個切片顯示的缺陷高度分別為1.2，1.9，1.3 mm，因此，將最大高度1.9 mm作為該缺陷的實際高度[4]，并與AUT系統檢測值[5]進行對比分析。

切片試驗中，對6條人工缺陷焊縫共計58個人工缺陷的宏觀切片高度與AUT數據分析值進行對比分析，結果如表2，圖14所示。表2中C表示焊縫中間。

表2 AUT與宏觀切片數據對比分析

表2續

圖14 缺陷高度定量精度偏差分布

由表2和圖14可知：在編號為W01,W02,W03,W04,W05,W06的6條人工缺陷焊縫的58個缺陷中，AUT評定的缺陷高度與宏觀切片評定的缺陷高度，偏差在-0.90.8 mm間，最小差值為0，滿足標準規定的±1 mm的要求。

5 結論

對加工的6條管徑為508 mm，壁厚為31.6 mm和28.4 mm的人工缺陷焊縫，共58個人工缺陷逐一進行了宏觀切片。每個人工缺陷按照AUT掃查圖中最高波位置(0點位置)，-2，+2，+15 mm 4個位置進行切片，并對得到的3個切片中的缺陷高度進行對比分析，將其中最大高度作為缺陷的實際高度，再與AUT評定的缺陷高度進行對比分析，結果表明AUT評定的缺陷高度與宏觀切片評定的缺陷高度，偏差在-0.90.8 mm間，最小差值為0，滿足標準規定的±1 mm的要求。