油气管道焊缝全自动超声波检测评定技术研究

2020-02-23陈剑

全面腐蚀控制 2020年12期

陈剑

（大庆油田工程建设有限公司培训中心，黑龙江大庆 163712）

0 引言

油气长输管道工程焊接检测施工中，全自动超声波检测技术（AUT）已成为焊接质量的主要检测方法，具有检测高效、准确、焊缝缺欠检出率高等技术优点。AUT检测评定技术是工程检测质量控制的重点，主要是对焊缝缺欠进行定性、定量和定位等分析。通过开展AUT检测评定技术研究，优化评定工艺技术，提高焊缝AUT检测评定质量，为油气长输管道工程的焊缝质量检测提供技术支持。

1 AUT评定技术

1.1 焊缝缺欠定性

AUT检测对缺欠的显示采用带状图谱（A扫描）、体积型通道图谱（B扫描）和TOFD通道图谱三种显示方式（如图1所示）。带状图设置有时间门和波幅门，时间门是确定显示信号的位置，波幅门是确定显示信号的幅度，在带状图中根据A扫描波形出现在闸门内的不同位置来确定缺欠在焊缝中的位置。体积型通道就是采用B扫描进行检测的通道，可以显示出被检工件焊缝截面方向上的缺欠分布情况。TOFD通道除了盲区外其它位置的缺欠显示非常直观，对缺欠可以准确定量和定位。在检测评定过程中只有结合三种显示方式的通道图谱才能准确焊缝评定缺欠性质。

图1 管道焊缝AUT扫查图

1.1.1 坡口未熔合

焊缝坡口未熔合缺欠位于焊缝坡口附近的热影响区和熔合区位置，一般在AUT扫查图中的A扫描通道、体积通道和TOFD通道中均有缺欠成像显示（除TOFD盲区外），其中A扫描通道中的缺欠回波波幅较高，缺欠门位在坡口位置，同时在TOFD通道和体积通道中的缺欠成像一般为较细的线状影像特征。

1.1.2 层间未熔合

焊缝层间未熔合缺欠一般在AUT扫查图中的体积通道和TOFD通道中会有成像显示（TOFD盲区除外），由于A扫描通道中检测波束和未熔合缺欠夹角的原因，A扫描通道中的缺欠回波波幅显示可能较低或无缺欠回波，并且缺欠的门位不固定，在TOFD通道和体积通道中一般显示为线状影像特征。

1.1.3 未焊透

焊缝未焊透缺欠位于焊缝的根部或钝边区，在扫查图A扫描通道的钝边和根部区会有缺欠回波影像，回波波幅可能较低或较高，钝边区的未焊透缺欠可能在上下游的钝边区通道对称显示。根部体积通道可能会有成像显示，这主要和根部体积通道的检测角度有关。TOFD通道可能会有成像显示，这主要取决于TOFD检测下表面盲区的大小，在TOFD通道和体积通道中的缺欠成像一般显示为线状影像特征。

1.1.4 裂纹

由于焊缝裂纹缺欠形状多样化的原因，在AUT扫查图中的成像特征不太明显。A扫描通道中可能会有缺欠回波显示，回波波幅可能较低或较高，这主要取决于A扫描的检测角度和裂纹的方向。在体积通道和TOFD通道中一般有缺欠成像显示。由于裂纹缺欠形状多样不规则的原因，体积通道的裂纹缺欠成像特征一般有一定宽度且形状不规则。TOFD通道的缺欠成像特征一般为不规则的曲线状显示，一般近表面的裂纹缺陷在TOFD通道的直通波是断开的。

1.1.5 分散型体积缺欠

在AUT扫查图中的成像特征比较明显。A扫描通道中的缺欠回波波幅较低或无回波显示。体积通道和TOFD通道中一般会有缺欠成像显示（TOFD盲区除外），TOFD通道的缺欠成像为有一定弧度的细线状，体积通道的缺欠成像为有一定宽度的椭圆形状。

1.1.6 密集型体积缺欠

密集型体积缺欠在AUT扫查图中有一定的成像特征。一般A扫描通道中的缺欠回波波幅较低或无回波显示，体积通道和TOFD通道中一般会有缺欠成像显示（TOFD盲区除外），体积通道中缺欠成像为具有一定宽度分层的点线链状图像，TOFD通道中缺欠成像为有一定高度的点线链状图像。

1.1.7 内凹

焊缝内凹缺欠位于焊缝的根部，在扫查图A扫描通道的根部和钝边区一般会有缺欠回波显示，缺欠回波波幅可能较低或较高，这主要取决于根部和钝边分区的A扫描检测角度。根部体积通道一般无明显缺欠成像显示。TOFD通道可能会有成像显示（TOFD盲区除外），这主要取决于TOFD下表面盲区的大小，在TOFD通道中一般成像为有一定弧度的凹线状影像。

1.2 焊缝缺欠定量

1.2.1 焊缝缺欠长度测定

一般采用测长法来确定缺欠的长度。测长法是根据缺欠的波高与探头移动距离来确定缺欠的尺寸。AUT系统测量缺欠长度是通过测量指针和参考指针来完成的，若认定某个显示为缺欠，将参考指针和测量指针分别移动到缺欠的起、止点，便可从系统软件的Delta数据框中直接读出两标尺之间的距离，从Accumulative数据框中直接读出两标尺间超过评价波幅缺欠的累计长度。

1.2.2 焊缝缺欠高度测定

目前，AUT技术采用分区法和TOFD法测量焊缝缺欠高度。

（1）分区测量技术

分区法测量焊缝缺欠的自身高度就是根据焊缝分区表，通过焊缝缺欠在AUT带状图中所占的分区个数和分区高度来计算缺欠的高度。分区法实用、直观、容易掌握，但是误差较大。要想减少分区法产生的误差，就得增加分区数，分区越细，测量缺欠的自身高度越准确，但系统调试困难，给检测工作增加难度，因此说分区法要根据具体情况而定；

（2）TOFD测量技术

和分区法相比，除了盲区以外TOFD技术测量缺欠自身高度还是很精确的。采用该技术应先校准TOFD通道的焊缝厚度。TOFD校准完后，将参考指针和测量指针分别放在缺欠上下两个端点反射波相邻的波峰和波谷边缘上，就可以应用TOFD通道直接测得缺欠的自身高度；

根据检测标准[1]，在TOFD通道中能分辨出缺欠的上、下端点衍射信号的情况下，应优先选用TOFD技术测量缺欠的高度。当在TOFD通道中不能分辨出缺欠的上、下端点衍射信号的情况下，可以通过分区法结合AUT校准图中各通道的基准灵敏度和缺欠回波波幅值计算缺欠的高度。

1.3 焊缝缺欠定位

（1）缺欠圆周位置的测定

全自动超声波检测系统的编码器记录从扫查起点到终点的距离，可以直接从AUT扫查图中编码器记录的位置直接读出该缺欠的焊缝圆周方向位置；

（2）缺欠深度位置的测定

全自动超声波检测系统测量缺欠深度有两种方法，一种是分区法，另一种是TOFD测量法。由于全自动超声波检测采用分区扫查法，将焊缝沿厚度方向分成若干个分区，每个分区有一定的高度。分区法根据焊缝分区表，通过焊缝缺欠所在的分区查表得出缺欠在焊缝中的深度位置，该方法具有一定的误差。TOFD技术除了不能测量盲区内的缺欠深度外，对其他位置的缺欠都能准确的测量其深度，且测量精度相对高。

根据检测标准[1]，在工程检测中TOFD盲区外应优先选用TOFD方法测量焊缝缺欠的深度，在TOFD盲区的缺欠可以采用分区法计算缺欠深度。