基于Pipe WIZARD V2的AUT系統(tǒng)缺陷檢出能力

孫曉明，吳 員，尤衛(wèi)宏，張俊杰，陳 亮，裴 彪，張?zhí)旖R仕偉

（海洋石油工程股份有限公司檢驗(yàn)公司，天津 300452）

目前海洋石油管道對(duì)接環(huán)焊縫的主流檢驗(yàn)方法為全自動(dòng)超聲波檢驗(yàn)系統(tǒng)，即AUT全自動(dòng)相控陣超聲波檢測(cè)，試驗(yàn)不僅對(duì)基于PipeWIZARD V2的AUT系統(tǒng)的檢出能力有了一個(gè)量化的、客觀的認(rèn)識(shí)，同時(shí)將對(duì)于改善驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)尤其是ECA（工程臨界分析）的制作提供了一個(gè)極具參考性的結(jié)論，對(duì)于降低返修率，提高海底管線的鋪設(shè)效率，合理控制檢驗(yàn)成本具有指導(dǎo)性意義。

1 系統(tǒng)設(shè)置

1.1 AUT系統(tǒng)設(shè)置

試驗(yàn)的AUT系統(tǒng)軟件為PipeWIZARD V2，該系統(tǒng)主要依靠相控陣探頭（PA探頭）發(fā)射脈沖回波進(jìn)行分區(qū)檢測(cè)，并附加TOFD探頭增強(qiáng)檢測(cè)能力，其中PA探頭為兩個(gè)7.5MHZ包括60個(gè)呈線性排列晶片的探頭。

對(duì)于焊縫根部，余高，根部與填充過(guò)度區(qū)域及體積通道采用脈沖回波法（PE）進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)填充區(qū)域采用串列法（PC）進(jìn)行檢測(cè)。

根部反射體為高度1mm的槽，最大反射高度設(shè)置為80%滿屏高度（FSH），填充區(qū)域反射體為φ2mm的平底孔（FBH），最大反射高度設(shè)置為80%滿屏高度（FSH），表面反射體為高度1mm的槽，最大反射高度設(shè)置為80%滿屏高度（FSH），體積通道反射體為φ1.5mm的平底孔（FBH），最大反射高度設(shè)置為80%滿屏高度（FSH）。TOFD通道的靈敏度設(shè)置為直通波的40%～80%。

1.2 焊縫及缺陷設(shè)置

檢測(cè)焊縫為公稱直徑60.3mm、壁厚15.9mm的SMLS450無(wú)縫鋼管焊縫，填充坡口角度為4°，根部及填充過(guò)度區(qū)域半徑2.4mm，根部高度2mm，角度為4°。焊接方法為GMAW（全自動(dòng)熔化極氣體保護(hù)焊）。

為滿足試驗(yàn)要求［1］，共制作了49條焊縫，包括245個(gè)缺陷，并選取其中的133個(gè)缺陷進(jìn)行切片并作為主要分析對(duì)象，缺陷尺寸分布如圖1所示。

圖1 缺陷尺寸分布

2 數(shù)據(jù)分析及原理

2.1 數(shù)學(xué)模型

AUT系統(tǒng)檢出率（POD）分析主要是為了確定系統(tǒng)能夠穩(wěn)定檢測(cè)到的最小缺陷高度的能力，所謂的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一般認(rèn)為是在95%可信度的情況下達(dá)到90%的檢出率［2－3］。所采用的統(tǒng)計(jì)模型為：

式中：x為缺陷尺寸；b及x0為模型參數(shù)。

并采用最大似然估計(jì)值法求取模型參數(shù)，似然定義為：

式中：k為缺陷的實(shí)際數(shù)量；nj為尺寸xj的缺陷數(shù)量；ij為檢測(cè)到的尺寸xj的缺陷數(shù)量；pj為以b及x0為模型參數(shù)以x0為變量的統(tǒng)計(jì)函數(shù)。

為方便計(jì)算，對(duì)似然函數(shù)兩邊取對(duì)數(shù)，得到以下公式：

最后，分別對(duì)b及x0求導(dǎo)，解似然方程。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

由圖2可知，在20%的記錄閾值條件下，得到該AUT系統(tǒng)在95%可信度下90%的檢出能力為0.8mm；由圖3可知，在40%的記錄閾值條件下，得到該AUT系統(tǒng)在95%可信度下90%的檢出能力為2.1mm。

圖2 以20%滿屏高度為記錄閾值的POD曲線

圖3 以40%滿屏高度為記錄閾值的POD曲線

3 結(jié)論

目前，海洋石油海底管線中一般使用20%或者40%為AUT系統(tǒng)的主要記錄閾值，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出：在20%記錄閾值情況下檢出能力為0.8mm，較40%的記錄閾值有明顯提高。當(dāng)工程中引用評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)更為精確的ECA作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)使用檢出能力更強(qiáng)的20%的閾值，并作為制作ECA的重要指導(dǎo)數(shù)據(jù)；當(dāng)使用WORKMANSHIP作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)使用40%的閾值，以降低返修率。

［1］Det norske veritas offshore standard OS－F101：Submarine Pipeline System（DNV－OS－F101）［S］.［s.l.］：2012.

［2］Guidelines for NDE reliability determination and description［R］.Nordtest Tech Report394，［s.l.］：1998，04.

［3］Department of defense handbook［M］.Nondestructive Evalution System Reliability Assessment，［s.l.］：2009.