大口徑長(zhǎng)輸油氣管道AUT試塊的研制及質(zhì)量控制

馬建民，孟倩倩，邊永豐

(山東瑞祥模具有限公司，濟(jì)寧 272400)

大口徑長(zhǎng)輸油氣管道AUT試塊的研制及質(zhì)量控制

馬建民，孟倩倩，邊永豐

(山東瑞祥模具有限公司，濟(jì)寧 272400)

以大口徑長(zhǎng)輸油氣管道的全自動(dòng)超聲波檢測(cè)(AUT)為例，介紹了AUT試塊的設(shè)計(jì)思路及試塊中各人工反射體的作用，說明了AUT試塊的加工、檢驗(yàn)及AUT試塊檢測(cè)驗(yàn)證的質(zhì)量控制程序，為使用該試塊的檢測(cè)人員提供參考。

AUT試塊；相控陣；平底孔；質(zhì)量控制

作為長(zhǎng)輸油氣管道全自動(dòng)超聲波檢測(cè)(AUT)的參考試塊，其主要作用是調(diào)節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)的閘門位置及檢測(cè)基準(zhǔn)靈敏度，為評(píng)定缺欠提供依據(jù)；以及鑒定檢測(cè)系統(tǒng)在野外檢測(cè)過程中的靈敏度，并監(jiān)視檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況是否良好[1]。

AUT試塊不僅要符合試塊的產(chǎn)品技術(shù)條件，還要參考檢測(cè)工件的焊接工藝及各項(xiàng)檢驗(yàn)要求，因此在試塊設(shè)計(jì)時(shí)，各標(biāo)準(zhǔn)反射體的位置、尺寸、方向、性質(zhì)等參數(shù)均需滿足焊接工藝及檢驗(yàn)要求。AUT試塊中的人工反射體一般包括平底孔、通槽、尖角槽、偏V形槽和矩形槽等。筆者以大口徑(φ≥200 mm)長(zhǎng)輸油氣管道的AUT技術(shù)為例，介紹了AUT試塊的設(shè)計(jì)思路及試塊中各人工反射體的作用，說明了AUT試塊的加工、檢驗(yàn)及AUT試塊檢測(cè)驗(yàn)證的質(zhì)量控制程序。

1 大口徑長(zhǎng)輸油氣管道AUT試塊的研制

1.1 AUT試塊的技術(shù)要求

大口徑長(zhǎng)輸油氣管道AUT試塊總體分為上游和下游兩部分,上、下游具有的缺陷形狀、尺寸相同。試塊的材料應(yīng)為被檢測(cè)管道的一端，在φ2 mm平底孔靈敏度下檢測(cè)時(shí)，用于制作試塊的材料不得存在大于φ2 mm平底孔回波幅度1/4的缺欠信號(hào)。

根據(jù)管道壁厚、焊縫坡口形式及焊接填充次數(shù)對(duì)焊縫厚度方向進(jìn)行分區(qū)，一般將焊縫厚度方向由下向上分為根焊區(qū)、鈍邊區(qū)、熱焊區(qū)(下層)、熱焊區(qū)(上層)、填充區(qū)(第一層)、填充區(qū)(第二層)和蓋面區(qū)等，分區(qū)示意如圖1所示。每個(gè)區(qū)域高度一般為2～3 mm，各區(qū)域均設(shè)置兩個(gè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反射體用來進(jìn)行本區(qū)域的靈敏度調(diào)整和缺欠定位。

圖1 焊縫分區(qū)示意

標(biāo)準(zhǔn)反射體在水平方向分布，應(yīng)使檢測(cè)信號(hào)達(dá)到獨(dú)立的程度，鄰近區(qū)域的反射體互不干擾。試塊制作完成后，必須經(jīng)過國(guó)家指定的計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定合格后，再經(jīng)過AUT檢測(cè)技術(shù)調(diào)試，達(dá)到要求后方可使用[1-2]。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)反射體的設(shè)計(jì)

AUT試塊主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖3為管道AUT試塊實(shí)物。

圖2 AUT試塊主體結(jié)構(gòu)

圖3 管道AUT試塊實(shí)物

(1) 在焊縫坡口面上設(shè)置φ2 mm平底孔標(biāo)準(zhǔn)反射體，平底孔中心線應(yīng)垂直于坡口面，厚度方向應(yīng)等分坡口高度，平底孔底面應(yīng)與坡口面相重合。該平底孔主要用于對(duì)比坡口未熔合。

(2) 在外表面熔合線上設(shè)置一個(gè)偏V形槽或矩形槽，其深度1 mm、寬度1 mm、槽長(zhǎng)10～20 mm。對(duì)于復(fù)合坡口雙面焊焊縫，在內(nèi)表面熔合線位置設(shè)置同樣的槽，該槽主要用于對(duì)比內(nèi)、外表面咬邊和向表面延伸的未熔合缺欠。

(3) 在中心位置設(shè)置一個(gè)通槽，通槽長(zhǎng)5 mm，寬1 mm，通槽中心線與焊縫截面中心線重合且垂直于管壁。其主要用于確定閘門和焊縫中心線的位置，也可用于設(shè)置中間通道。

(4) 對(duì)于復(fù)合型坡口雙面焊要在鈍邊處設(shè)置一個(gè)φ2 mm平底孔；對(duì)于V形坡口或復(fù)合型坡口單面焊，在焊縫中心位置設(shè)置同樣的槽，主要用于對(duì)比根部未焊透等缺欠。

(5) 在焊縫截面中心線位置設(shè)置φ1.5 mm平底孔標(biāo)準(zhǔn)反射體，平底孔中心線與檢測(cè)面成45°夾角，厚度方向等分焊縫高度。其主要用于對(duì)比焊縫填充區(qū)缺欠。

(6) 在焊縫上下表面中心位置設(shè)置60°尖角槽。槽長(zhǎng)10 mm、槽寬1 mm、槽深3 mm。其主要用于TOFD檢測(cè)時(shí)的上、下表面校驗(yàn)[1-2]。

2 大口徑長(zhǎng)輸油氣管道AUT試塊的質(zhì)量控制

2.1 AUT試塊取料、外形加工及反射體加工的要求 參照ASTM E428-2008《超聲檢測(cè)用金屬參考試塊的制作與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》要求：參考試塊采用與被檢材料聲學(xué)性能相同或相近的材料制作；測(cè)定參考試塊同被檢材料之間的超聲性能上的差異，并通過儀器設(shè)置進(jìn)行補(bǔ)償。用于制造試塊的材料與被檢材料有相同的聲衰減特性、晶粒度、熱處理狀態(tài)、物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分、表面粗糙度以及制作工藝等。

用于制作試塊的材料需進(jìn)行100%檢測(cè)，不得存在大于所加工最小缺陷反射波幅1/4的缺欠。應(yīng)通過對(duì)比試塊材料與被檢材料背面多次回波來檢測(cè)材料衰減。再將首次背面回波調(diào)至滿刻度的90%，來自兩個(gè)材料的前三次背面回波之和相差應(yīng)在25%以內(nèi)。若最小平底孔直徑不大于1.5 mm，材料的衰減圖形差異應(yīng)在10%以內(nèi)[3]。

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8428-2015《無損檢測(cè) 超聲試塊通用規(guī)范》要求:平底孔直徑不大于1.6 mm時(shí)，公差為±0.013 mm；孔徑大于1.6 mm時(shí)，公差為0.03 mm?？紫鄬?duì)于檢測(cè)面的垂直度必須在0°20′以內(nèi)。平底孔底面的表面平面度應(yīng)在1/125 mm以內(nèi)，與縱軸偏離應(yīng)在0.38 mm以內(nèi)?？椎酌娲植诙葹?.4 μm[4]。

2.2 AUT試塊標(biāo)準(zhǔn)反射體加工難點(diǎn)

2.2.1 AUT試塊坯料的選取與制作

為保證加工精度，大直徑AUT試塊取料時(shí)要避開管道焊縫區(qū)，選用表面狀態(tài)較好的區(qū)域取料。采用線切割的方式進(jìn)行取料，以減小變形量；取料時(shí)，需保證變形量及各尺寸形位公差控制在0.1 mm以內(nèi)。應(yīng)在取料前與取料后，分別對(duì)原材料采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量材料各關(guān)鍵尺寸；然后，將試塊固定于外形校準(zhǔn)工裝內(nèi)，并加熱去除應(yīng)力，完成后進(jìn)行外形加工。

2.2.2 AUT試塊孔缺陷加工

由于孔缺陷加工精度要求較高，同時(shí)孔缺陷角度變換較多，需將試塊放置于專用加工工裝上進(jìn)行加工，AUT試塊加工工裝如圖4所示。

圖4 AUT試塊加工工裝示意

每次加工前，需對(duì)工裝進(jìn)行校驗(yàn)。為保證孔缺陷精度，在加工前需對(duì)鉆頭進(jìn)行刃磨，并采用中心鉆進(jìn)行定位；加工過程中應(yīng)進(jìn)行多次鉆孔、擴(kuò)孔循環(huán)，最后進(jìn)行最終孔缺陷的精加工及平底孔加工，以保證加工精度，加工過程中應(yīng)及時(shí)檢查和更換鉆頭以保證孔加工精度。

2.2.3 AUT試塊槽缺陷加工

采用電加工的方式進(jìn)行槽缺陷加工。加工之前，認(rèn)真檢查核對(duì)電極，不能有缺損、毛刺、圓角等存在。為保證加工精度，電極材料選用耐腐蝕電極片。加工時(shí)，采用小電流以保證加工精度；同時(shí)，使用高壓油進(jìn)行排屑及冷卻，減少電灼傷；加工過程中，要經(jīng)常檢查電極情況并更換新電極。

2.3 AUT試塊人工缺陷的檢驗(yàn)

2.3.1 試塊下料及加工完成后形位公差的檢驗(yàn)

試塊取料經(jīng)過外形加工后，采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量材料圓弧度及直線度。試塊圓弧度公差±0.5 mm，直線度公差±0.2 mm。三坐標(biāo)測(cè)量試塊外觀如圖5所示。

圖5 三坐標(biāo)測(cè)量試塊外觀

2.3.2 平底孔的檢驗(yàn)

微孔測(cè)量?jī)x用于測(cè)量孔徑及孔壁的平直度，微孔測(cè)量?jī)x測(cè)量孔徑的工作原理與內(nèi)徑測(cè)量表基本相同。但微孔測(cè)量?jī)x只能測(cè)量0.5～8 mm的孔徑。微孔測(cè)量?jī)x是可以直接讀數(shù)的一種接觸式測(cè)量計(jì)量器具。微孔測(cè)量?jī)x測(cè)量孔徑示意見圖6。

圖6 微孔測(cè)量?jī)x測(cè)量孔徑示意

2.3.3 槽型缺陷的檢驗(yàn)

槽型缺陷深度測(cè)量采用我公司自主設(shè)計(jì)的百分表測(cè)深裝置。百分表測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度為0.01 mm，千分表測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度為0.001 mm。槽型缺陷的寬度、長(zhǎng)度采用光學(xué)影像測(cè)量?jī)x測(cè)量。以上數(shù)據(jù)也可采用覆型膜測(cè)量。光學(xué)影像測(cè)量槽寬、槽長(zhǎng)的方法示意及槽寬和槽長(zhǎng)顯示示例如圖7～8所示。

圖7 光學(xué)影像測(cè)量槽寬、槽長(zhǎng)的方法示意

2.3.4 覆型膜法檢驗(yàn)

覆型膜檢驗(yàn)法可用于檢測(cè)平底孔孔底平整度、孔底面與孔柱面垂直度、斜孔中心線與檢測(cè)面的角度及斜孔深度，還可以用于槽形缺陷的長(zhǎng)度、寬度和深度的測(cè)量以及尖角槽角度的測(cè)量。平底孔孔底平整度測(cè)量示意如圖9所示[5]，平底孔孔壁及槽型缺陷測(cè)量示意見圖10～12。

圖9 平底孔孔底平整度測(cè)量示意

圖10 平底孔孔壁測(cè)量

圖11 槽型缺陷深度及角度測(cè)量示意

圖12 槽型缺陷長(zhǎng)度及寬度測(cè)量示意

2.3.5 現(xiàn)場(chǎng)使用調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，鄰近標(biāo)準(zhǔn)反射體相互之間應(yīng)無干擾，試塊上、下游對(duì)應(yīng)反射體反射當(dāng)量誤差在1 dB 以內(nèi)。顯示幾何位置誤差在1 mm以內(nèi)，否則需重 新加工試塊。相控陣檢測(cè)試塊現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及使用見圖13。

圖13 相控陣檢測(cè)試塊現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及使用

3 結(jié)語

AUT試塊設(shè)計(jì)復(fù)雜，加工過程繁瑣，對(duì)原材料及人工缺陷要求嚴(yán)格，生產(chǎn)過程需要嚴(yán)格的工藝技術(shù)及完善的質(zhì)量控制體系的支持。介紹的AUT試塊的設(shè)計(jì)思路、加工過程中的難題及質(zhì)量控制方法可為相關(guān)行業(yè)人員提供參考。所用校驗(yàn)方法能夠有效地監(jiān)視試塊生產(chǎn)過程，為相控陣系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的可靠性奠定了基礎(chǔ)。

[1] Q/SY XQ7-2001 西氣東輸管道工程管道對(duì)接環(huán)焊縫全自動(dòng)超聲波檢測(cè)[S].

[2] SY/T 0327-2003 石油天然氣鋼質(zhì)管道對(duì)接環(huán)焊縫全自動(dòng)超聲波檢測(cè)[S].

[3] ASTM E428-2008 超聲檢測(cè)用金屬參考試塊的制作與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] JB/T 8428-2015 無損檢測(cè) 超聲試塊通用規(guī)范 [S].

[5] JJF 1487-2014 超聲波探傷試塊校準(zhǔn)規(guī)范[S].

沉痛悼念王務(wù)同同志

中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)第一屆、第二屆秘書長(zhǎng)，第一屆至第四屆常務(wù)理事，第五屆副理事長(zhǎng)，第六屆、第七屆名譽(yù)委員，《無損檢測(cè)》雜志副主編、主編、名譽(yù)主編，全國(guó)青年社會(huì)主義建設(shè)積極分子、上海市勞模、全國(guó)先進(jìn)工作者、上海市紅旗青年突擊手、上海市五好職工、教授級(jí)高級(jí)工程師王務(wù)同同志因病于2017年4月17日下午1：15在新華醫(yī)院逝世，享年86歲。

王務(wù)同同志一生功勛卓著，2008年獲得中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)首屆“百人獎(jiǎng)”之“杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”，2013年獲得中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)第二屆“百人獎(jiǎng)”之首屆“終生成就獎(jiǎng)”；他負(fù)責(zé)成功研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)圓形掃描顯像式超聲波探傷儀，負(fù)責(zé)研制的1200℃真空高溫持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)獲國(guó)家科委二等獎(jiǎng)，負(fù)責(zé)研制的聲阻法固體發(fā)動(dòng)機(jī)一、二界面粘結(jié)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備獲國(guó)家航天部三等獎(jiǎng)，負(fù)責(zé)研制的閃爍計(jì)數(shù)式γ射線密度測(cè)量?jī)x獲全國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)，負(fù)責(zé)編寫的國(guó)內(nèi)首個(gè)超聲波換能器性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)獲機(jī)械科學(xué)研究院三等獎(jiǎng)。

王務(wù)同同志的逝世使我們失去了一位受人尊敬的老專家、老同事。我們要化悲痛為力量，學(xué)習(xí)他熱愛人民，熱愛祖國(guó)，熱愛生活的精神，學(xué)習(xí)他對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)慎密的作風(fēng)，學(xué)習(xí)他對(duì)同志真誠熱情的精神。他的優(yōu)良品格將激勵(lì)我們努力進(jìn)取，取得更大的事業(yè)成功。

《無損檢測(cè)》編輯部

The Manufacture of AUT Testing Block and its Quality Control for Large Diameter andLong Distance Oil and Gas Transportation Pipelines

MA Jianmin，MENG Qianqian，BIAN Yongfeng

(Shandong Ruixiang Mould Co.,Ltd., Jining 272400, China)

This article is to take the automatic ultrasonic testing of large diameter and long distance oil and gas transportation pipeline (AUT) as an example and to introduce the design method of the testing blocks. It also shows the related functions of the artificial reflectors in the blocks. The quality control measures in manufacturing and testing of AUT testing blocks are outlined. It can provide reference for testing personnel who use block.

AUT block ；phased array；flat-bottom hole；quality control

2017-02-10

馬建民(1962-)，男，工程師，主要從事無損檢測(cè)試塊設(shè)計(jì)、制造工藝研究及質(zhì)量控制工作

馬建民，13854780077@139.com

10.11973/wsjc201705020

TG115.28

B

1000-6656(2017)05-0104-04