海底管道對接環(huán)焊縫的相控陣超聲檢測

，， ，昌俊，

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

隨著相控陣理論在超聲波檢測領域的應用，超聲相控陣檢測(PAUT)技術日趨成熟，并以檢測速度快、缺陷定量準確、設備使用靈活、故障率低、可交叉作業(yè)等優(yōu)點而逐漸廣泛應用于海底管道的焊縫檢測中。海底管道雙層管為管中管的形式，兩管之間采用保溫材料進行填充。在施工過程中，完成內管焊接檢驗后需要進行外管焊口的組對焊接，而外管的周向旋轉受限，同時受到管體橢圓形狀的影響，就存在影響自動超聲檢測(AUT)精度的風險。結合海底管線項目雙層管外管檢測存在的風險，筆者設計了可靠的PAUT檢測工藝及軌道式掃查裝置，該裝置完全滿足海底管線鋪設過程中的外管檢測要求，在保證工程質量及效率的同時，有效節(jié)約了大型檢測設備資源的投入，為海底管道檢測提供了更加多元化的檢測方案。

1 PAUT檢測工藝和數據采集裝置

圖1 相控陣波束覆蓋示意

1.1 PAUT檢測工藝

依據被檢工件的材料、尺寸、批準的焊接工藝及檢測區(qū)域，選擇合適的設備與探頭組合，設置起始晶片和激發(fā)晶片的數量、聚焦的類型、聚焦的位置，合適的角度范圍及角度步進，生成一個扇形掃描，通過選擇合適的步進偏移，實現(xiàn)對檢測區(qū)域的全覆蓋，相控陣波束覆蓋示意如圖1所示。同時,該工藝設置了一組TOFD(超聲波衍射時差法)探頭，用以提高焊縫內部缺陷的高度定量精度，確保該工藝在焊縫各個區(qū)域具有良好的檢測能力。由標準DNV-OS-F101-2013 《海底管線系統(tǒng)》可知，TOFD波束覆蓋示意如圖2所示，PAUT檢測工藝顯示視圖如圖3所示。

圖2 TOFD波束覆蓋示意

圖3 PAUT檢測工藝顯示視圖

1.2 數據采集裝置

針對海底管線焊縫檢測的特點，設計了新型軌道式掃查裝置，該掃查裝置可同時夾持2組探頭，實現(xiàn)電動掃查，最大掃查速度可達100 mm·s-1，探頭偏移精度可控制在-1～1 mm之內，周向掃查精度在-5～5 mm之內。

2 驗證試驗

2.1 焊接缺陷的制備

在PAUT檢測能力驗證時，采用的試驗管道管徑為323 mm，壁厚為11.1 mm，在焊縫內部表面及內部不同深度處設置不同的焊接缺陷，缺陷類型包括根部未焊透、坡口未熔合、外表面開口、焊縫中心氣孔、夾渣等。

2.2 試驗數據分析

為了驗證PAUT檢測工藝的缺陷檢測能力及可靠性，對加工好的缺陷焊縫分別進行PAUT、AUT和RT(射線檢測)，采用相同的掃查零點和掃查方向，記錄每個缺陷的長度、深度和高度，詳細檢測數據如表1所示。

由表1可知，PAUT檢測工藝配置可檢測出焊縫中不同位置、不同類型的缺陷。

在長度的定量檢測時，PAUT與AUT定量檢測的最大偏差為3 mm，與RT定量檢測的最大偏差也是3 mm；在深度的定量檢測時，PAUT與設計定值的最大偏差為2.4 mm，與AUT深度定量檢測的最大偏差為1.9 mm；高度定量檢測時，PAUT與設計值的最大偏差為1 mm，與AUT定量檢測的最

表1 PAUT,AUT,RT對焊縫的檢測數據

大偏差為0.9 mm。

AUT采用分區(qū)法檢測和帶狀圖顯示，利用分區(qū)高度及反射回波幅度進行高度定量，由于焊縫中缺陷的方向性、有效反射面、分區(qū)高度等對高度定量的影響，造成部分缺陷的PAUT與AUT高度定量存在差異。

綜上分析，PAUT與AUT對不同位置、不同類型的缺陷具有一致的檢測效果，滿足標準要求。

3 現(xiàn)場應用

3.1 PAUT檢測能力

為了進一步驗證PAUT工藝對缺陷的檢測能力以及在海管鋪設過程中的檢測可靠性，在項目施工過程中進行了一定數量焊口的檢測能力及穩(wěn)定性對比試驗，對存在缺陷的焊縫進行了PAUT與AUT對比試驗，記錄缺陷的長度、深度、高度信息，現(xiàn)場焊口的對比試驗數據如表2所示。

表2 現(xiàn)場焊口的對比試驗數據 mm

由表2可知，PAUT與AUT在長度定量方面的最大偏差為3 mm，高度定量方面的最大偏差為1 mm，深度定量偏差最大為1 mm，具有一致的評

定結果。通過現(xiàn)場的對比試驗得出，PAUT技術能有效檢測出不同深度的焊接缺陷，且定量準確。

3.2 檢測可靠性及檢測效率

(1) 采用PAUT軌道式掃查裝置，可將探頭步進偏移偏差控制在±1 mm范圍之內，使數據采集更可靠。

(2) 完成直徑為457 mm管線的焊縫檢測僅需3 min，滿足現(xiàn)場管線的鋪設要求。

(3) 準確的缺陷定量結果有助于焊接質量的提升，降低返修率，提高管線的整體鋪設效率。

4 PAUT結果的影響因素

(1) 數據采集過程中，探頭步進偏移會造成根部或表面區(qū)域缺陷漏檢，影響檢測的完整性。因此，在數據采集過程中，探頭步進偏移應控制在±2 mm范圍之內，確保整個工藝的完整性。

(2) 合適的掃查速度可以避免數據丟失。

(3) 確保檢測焊縫表面溫度小于40℃，且試塊與焊縫溫差控制在±10℃。

(4) 探頭楔塊的曲率與被檢管的曲率相同。

5 結論

通過對比試驗結果可知，PAUT技術具有良好的檢測能力，可對缺陷長度、高度及深度進行可靠地定量檢測，掃查裝置具有良好的穩(wěn)定性及檢測效率。同時,PAUT設備的便攜性及低成本有效解決了施工船舶大型AUT檢測設備存放的空間需求及成本投入。通過PAUT技術的成功應用，為海底管線鋪設過程中的焊縫檢測提供了多元化的檢測方案，同時積累了現(xiàn)場應用經驗，為今后PAUT技術的應用提供了更加有利的技術支持。