在役管道环焊缝的相控阵超声检测

2019-03-22，

无损检测 2019年3期

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(1.北京思派特检测技术咨询有限公司，廊坊 065001；2.廊坊北检无损检测有限公司，廊坊 065001)

近年来,国家对能源油气的需求越来越大,管道的投入使用量也不断增加，管道线路跨地区广，环境复杂，管道的质量安全显得尤为重要。最近几年油气管道泄漏爆炸事故频发，不仅造成经济损失和环境污染，甚至造成人员的伤亡。在管道铺设的过程中，管道之间采用对接环焊缝的形式进行连接，在管道运行投入生产过程中，使用单位会采用在役检测来排除隐患。对存疑焊缝进行定位、开挖、复检，由于管道埋藏在地下，管道里存在天然气或原油等介质，因此需要采用适宜的检测工艺对焊缝进行检测。

对于天然气管道等可以使用射线检测进行复检，但对于输送原油等液态介质的管道，就不能使用射线检测，笔者利用相控阵超声方法对管道内有液体介质的焊缝进行了检测。

在检测存在原油液体的管道焊缝时，需要考虑到管道内液体对超声波的影响。常规横波检测时，使用一次波和二次波。当使用二次波时，横波的传输会受到管道内液体的影响，笔者利用相控阵超声波角度偏转的优点，采用多角度纵波一次波进行检测。

1 相控阵检测原理

相控阵超声检测技术使用多阵元换能器激发和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(接收)脉冲的延迟时间，改变声波到达物体内某点的相位关系，从而实现超声波波束的扫描、偏转、聚焦，利用机械扫描和电子扫描相结合的方法实现多种方式成像。

相控阵超声能同时显示多组A扫描、S扫描、B扫描和C扫描的组合视图。在检测过程中可以直接观察C扫描成像，方便数据的可视化观察和分析。通过多组视图来判断信号的特征，为进一步分析缺欠性质提供支持。

2 相控阵检测工艺

采用奥林巴斯OmniScan MX2 32:128 PR设备进行检测，配置5 MHz，64晶片探头和SA12-N60L楔块。检测前根据实际工件情况进行声场模拟，产生纵波大角度S扫。为了避免管道内液体对超声波传输的影响，检测范围设置为纵波一倍板厚，不考虑纵波二次波以及波形转换。聚焦法则采用同时激发16晶片，晶片选择第49晶片，使声束前移，形成扇扫描角度范围40°～75°，考虑到焊缝的不规则性，为了减小盲区，楔块需尽量靠近焊缝边缘，实际检测楔块与焊缝边缘间隔3 mm。图1为相控阵检测探头聚焦法则的声场模拟示意。

采用大角度纵波对焊缝进行体积覆盖扫查，但在焊缝表面会存在检测盲区(见图2)，盲区深度为3～4 mm。爬波能够检测焊缝表面缺陷，因此采用爬波检测盲区，爬波一般适合检测最深为6～8 mm的表层深度[1]，图3为爬波检测示意，检测时爬波探头距离焊缝边缘3 mm。

图2 焊缝表面盲区示意

图3 爬波检测示意

3 现场检测

管道铺设地形复杂，如高山、沼泽、田地等，存疑焊口可能在任何地方，复检管道需开挖作业，现场环境恶劣，经常出现渗水的情况，往往是边抽水边检测，要求检测时间短，效率高。

管道开挖后，首先要去除防腐层，焊缝表面进行打磨处理，使探头移动区域达到超声波检测要求的表面状态，依据检测工艺，调整探头和焊缝之间的距离，安装检测工装，进行线性检测。

使用相控阵超声方法进行检测，配合管道专用检测工装，使用水做耦合剂，管道直径为813 mm，检测时间为5 min，现场采集数据，并快速评定出具结果，为管道焊缝的后续处理提供了便利。

4 数据对比分析

在某条管线的焊口检测过程中，发现某一焊缝射线底片有疑似裂纹信号，为了确定缺陷性质，使用相控阵超声进行复验。主要步骤为焊口位置确认、开挖、表面处理、相控阵超声检测、数据存储分析。通过显示图像A/B/S三种类型信号的综合分析，缺欠的信号特征符合裂纹的信号特征，缺欠位置与射线底片上缺欠位置相同。经过两种方法的对比分析，最后将此缺陷定义为裂纹。将此焊缝做割口处理，以排除焊口在日后使用中产生安全隐患。

图4，5为该管线的相控阵超声检测A,B,S扫描图像和射线检测底片，表1为其相控阵超声检测数据和射线检测底片评判结果。