對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的制作

閆留青，蔣桂通，李鵬頻，陳 明，張 健

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

海洋石油平臺在建造過程中有大量的工藝管線系統（比如原油系統（CR）、消防系統（FW）等），這些工藝管線系統大部分由焊縫連接完成。此種工藝管線所設計的對接環焊縫往往要求使用規范ASME BPVC.V[1]（美國機械工程師協會鍋爐和壓力容器規范）進行射線檢驗，以確定焊縫中有無缺陷。近年來，由于超聲波相控陣檢測技術（PAUT）具有高效、環保、無輻射等優點，越來越多地用來替代射線檢驗（RT）應用在此種焊縫的檢驗過程中[2]。

目前國內外對此類焊縫的PAUT檢驗，主要是采用沿線掃查技術進行半自動機械掃查[3]。在采用半自動機械掃查的PAUT 掃查過程中，探頭相對于焊縫中心線的位置（步進偏移）有時會有偏差。步進偏移的偏差對檢測結果會產生影響，步進偏移嚴重的甚至會產生漏檢或誤判。對步進偏移的測量，目前主要是使用鋼板尺進行多次測量，不僅效率低，而且測量結果誤差比較大。

針對上述步進偏移的測量難點，本文開發了一種對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺，該測量尺能夠快速準確地進行步進偏移測量，不僅能夠提高效率，而且檢測結果更有保證。

1 PAUT技術

超聲波相控陣檢測技術（PAUT）是一種依據設定的聚焦法則對陣列探頭各個單元在發射或接收聲波時施加不同的時間延遲（或電壓），通過波束形成實現檢測聲束的移動、偏轉和聚焦等功能的超聲波檢測成像技術[4]。

1.1 成像技術

扇形掃描（Sectorial Scan，簡稱S-Scan）用一定的延時法則，激發相控陣探頭中的部分相鄰或全部晶片，使激發晶片組形成的聲束在設定的角度范圍內以一定的步進值進行連續偏轉，其數據顯示為每一個角度的波束掃描圖像通過延遲和角度校正形成圖像，如圖1所示。

圖1 扇形掃描示意圖

1.2 掃查方式

目前國內外對于此類焊縫的PAUT檢驗，主要是采用沿線掃查技術的機械掃查方式[4]。所謂焊縫沿線掃查，就是指相控陣探頭的晶片陣列方向與焊縫的走向垂直，探頭前沿離開焊縫中心距離S（步進偏移）保持不變，沿焊縫軸線方向平移，以獲得生束覆蓋范圍內焊縫的信息，如圖2所示。

國內外關于PAUT 檢驗的標準中，對步進偏移的控制都提出了具體要求，有的還給出了相關建議措施。 比如： GB/T 32563-2016[5]（無損檢測超聲檢測相控陣超聲檢測方法）第11.1 節規定：探頭擺放到要求的位置，沿設計的路徑進行掃查。掃查過程中應采取一定的措施（如提前畫出探頭軌跡或參考線，使用導向軌道或使用磁條導向），使探頭沿預定軌跡移動，過程中探頭位置與預訂軌跡的偏離量不能超過步進偏移S值的15%。又比如ASME B31.3[6]APPENDIX R R302章節中規定：機械掃查裝置應能夠使探頭相對于焊縫中心線保持固定和一致的位置。

圖2 焊縫沿線掃查示意圖

目前對步進偏移的測量，主要是使用鋼板直尺進行測量：在測量時需要先測焊縫寬度，標記焊縫中心線，然后再測量出步進偏移[7]；上述測量方式不僅效率低，測量結果誤差也比較大。為了高效準確進行步進偏移的測量，本文研究制作了一種對稱坡口焊縫PAUT 檢測用步進偏移測量尺，接下來從步進偏移測量尺的制作原理和使用方法兩個方面展開敘述。

2 對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的制作原理

對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的結構示意圖如圖3所示。左對中滑塊測量爪、右對中滑塊測量爪以及游動副尺上分別具有左對中滑塊測量爪刻度線、右對中滑塊測量爪刻度線以及游動副尺刻度線，刻度線分別與各自對應的測量爪下部直邊邊緣處于同一條豎直線上。主尺是一個工字型中分尺，其0刻度線在所述主尺的偏左部位。

圖3 對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的結構示意圖

對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的制作原理如下：左對中滑塊測量爪、右對中滑塊測量爪分別位于0刻度線左右兩側且沿傳動裝置背向移動靠近或者遠離，游動副尺位于主尺的右側穿入嵌套在主尺上且能夠左右滑動。游動副尺通過直通孔穿過正反向絲桿，該直通孔的孔徑要大于正反向絲桿的直徑。左對中滑塊測量爪，右對中滑塊測量爪下部從左向右鉆直徑相同螺孔，兩個螺孔的攻絲方向相反，正反向絲桿左右兩部分攻絲方向相反。正反向絲桿平行設置位于主尺的下部，限位滑塊從主尺的左端部穿入嵌套在主尺上，正反向絲桿的左端部穿過限位滑塊的下部孔與絲桿限位輪過盈配合裝配在一起，旋轉絲桿限位輪帶動正反向絲桿轉動。

3 對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的使用方法

對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的具體使用方法如下：將該測量尺放在待測焊縫上，測量尺的主尺與焊縫垂直，左對中滑塊測量爪和右對中滑塊測量爪分別放在焊縫兩側；旋轉絲桿限位輪，使左對中滑塊測量爪和右對中滑塊測量爪下部直邊緊貼焊縫兩邊，主尺的“0”刻度線位置即為焊縫中心，移動游動副尺，使移動游動副尺的刻度與主尺上待測量的某一刻度重合，移動游動副尺的直邊位置即為探頭要放置的位置。

因此，本對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺可以快速測出焊縫中心，并且同時準確測量PAUT探頭應放置的位置（步進偏移）。

4 結束語

PAUT檢驗采用沿線掃查技術，探頭相對于焊縫中心線的位置（步進偏移）是一個十分關鍵的控制要素。普通鋼板尺測量步進偏移時可能會不準確，并且效率低，在探頭掃查過程中步進偏移會發生變化而導致漏檢或誤判。通過對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的研制和應用，使探頭在掃查整圈環焊縫的過程中，步進偏移始終穩定地保持在一個數值上，在提高PAUT檢測的效率，保證檢測結果的準確性等方面具有很好的實用價值。