全自動(dòng)超聲波檢測(cè)工藝評(píng)定中的宏觀切片方法

張俊杰，裴 彪，趙明達(dá)，李 洋，徐 振，張洪鵬，李 保

(海洋石油工程股份有限公司技術(shù)服務(wù)分公司， 天津 300452)

隨著海洋油氣田開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷加快，海底管道的作用不斷凸顯。全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)(AUT)以其高效、精確、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為海底管道環(huán)焊縫的首選檢測(cè)方法。根據(jù)AUT檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，運(yùn)用于海底管道檢測(cè)的AUT系統(tǒng)必須通過(guò)系統(tǒng)認(rèn)證[1]， 而系統(tǒng)認(rèn)證試驗(yàn)中最重要的環(huán)節(jié)就是宏觀切片試驗(yàn)。

依托加工的6條人工缺陷焊縫(共58個(gè)人工缺陷)，筆者詳細(xì)描述了AUT系統(tǒng)認(rèn)證中宏觀切片的方法和步驟。

1 技術(shù)簡(jiǎn)介

全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)早期亦稱(chēng)為焊縫分區(qū)檢測(cè)技術(shù)。該檢測(cè)技術(shù)根據(jù)待測(cè)焊縫的坡口形式、壁厚等參數(shù)，在壁厚方向?qū)⒑缚p劃分為多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)高23 mm(見(jiàn)圖1)。結(jié)合多組聲束配置方法，針對(duì)焊縫每個(gè)分區(qū)，采用一組獨(dú)立聲束進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊縫區(qū)域的全覆蓋(見(jiàn)圖2)。

圖1 焊縫分區(qū)示意

圖2 焊縫分區(qū)檢測(cè)示意

全自動(dòng)超聲波技術(shù)(AUT)的信號(hào)處理流程如圖3所示。

圖3 AUT信號(hào)處理流程

全自動(dòng)超聲波檢測(cè)波束是基于惠更斯原理形成的，檢測(cè)時(shí)通過(guò)相控陣系統(tǒng)和帶角度的楔塊精確控制晶片的信號(hào)延遲，實(shí)現(xiàn)超聲波角度偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生工藝所需的檢測(cè)聲束(見(jiàn)圖4)。

圖4 AUT波束形成示意

2 宏觀切片試驗(yàn)準(zhǔn)備

加工了兩種規(guī)格的6條人工缺陷焊縫，共58個(gè)人工缺陷。其中，規(guī)格(管徑×壁厚)為508 mmX31.6 mm的人工缺陷焊縫 3條，29個(gè)人工缺陷。規(guī)格為(管徑×壁厚)508 mmX28.4 mm的人工缺陷焊縫 3條，29個(gè)人工缺陷。

焊縫缺陷分布和缺陷位置示意如圖5，6所示(圖6中DS表示下游，US表示上游，下同)。

圖5 焊縫缺陷分布

圖6 缺陷位置示意

人工缺陷類(lèi)型[2]主要為：未焊透、側(cè)壁未熔合、層間未熔合和密集氣孔。缺陷分布區(qū)域主要為焊縫根部區(qū)域、熱焊區(qū)域、填充區(qū)域和蓋面區(qū)域。

焊縫人工缺陷信息能如表1所示。

表1 人工缺陷信息

3 宏觀切片試驗(yàn)

3.1 缺陷標(biāo)記

將AUT掃查器行走到缺陷最高波位置，用記號(hào)筆對(duì)該缺陷最高波位置和AUT掃查器行進(jìn)方向進(jìn)行標(biāo)記。使用的AUT設(shè)備為奧林巴斯PIPEWIZARD V4型設(shè)備，圖7所示為檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。AUT缺陷最高波位置如圖8中的紅色參考線所示。(圖中帶狀圖即為AUT掃查波形圖)。

圖7 AUT檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

圖8 AUT波形圖及缺陷最高波位置

3.2 繪制參考線和宏觀切片

缺陷最高波位置(0點(diǎn)位置)標(biāo)記完成后，在-2，+2，+15 mm 3個(gè)位置分別標(biāo)記并繪制宏觀切片[3]參考線，參考線如圖9所示。

圖9 宏觀切片參考線

按照參考線，對(duì)缺陷逐一進(jìn)行切片。

3.3 表面處理和標(biāo)記

宏觀切片完成后，對(duì)切片進(jìn)行打磨、拋光和標(biāo)記，相關(guān)切片標(biāo)記方法如圖10所示。

圖10 宏觀切片標(biāo)記

3.4 酸蝕和金相照相

對(duì)切片焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行酸蝕和金相照相，第6號(hào)焊縫中第6個(gè)人工缺陷(記為W6-D6)的3張金相照片如圖1113所示。

圖11 W6-D6-1金相

圖12 W6-D6-2金相

圖13 W6-D6-3金相

通過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)W6-D6-1照片中顯示的缺陷高度為1.2 mm；W6-D6-2照片中顯示的缺陷高度為1.9 mm；W6-D6-3照片中顯示的缺陷高度為1.3 mm。

4 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在AUT系統(tǒng)工藝評(píng)定宏觀切片試驗(yàn)中，在缺陷最高波位置(0點(diǎn)位置)，-2，+2,+15 mm 4個(gè)位置處進(jìn)行線切割，得到3個(gè)切片，對(duì)3個(gè)切片中的缺陷高度進(jìn)行測(cè)量，并取最大高度作為該缺陷的實(shí)際高度，從而獲得更加準(zhǔn)確的缺陷高度。如前所述，第6號(hào)焊縫第6個(gè)缺陷中3個(gè)切片顯示的缺陷高度分別為1.2，1.9，1.3 mm，因此，將最大高度1.9 mm作為該缺陷的實(shí)際高度[4]，并與AUT系統(tǒng)檢測(cè)值[5]進(jìn)行對(duì)比分析。

切片試驗(yàn)中，對(duì)6條人工缺陷焊縫共計(jì)58個(gè)人工缺陷的宏觀切片高度與AUT數(shù)據(jù)分析值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2，圖14所示。表2中C表示焊縫中間。

表2 AUT與宏觀切片數(shù)據(jù)對(duì)比分析

表2續(xù)

圖14 缺陷高度定量精度偏差分布

由表2和圖14可知：在編號(hào)為W01,W02,W03,W04,W05,W06的6條人工缺陷焊縫的58個(gè)缺陷中，AUT評(píng)定的缺陷高度與宏觀切片評(píng)定的缺陷高度，偏差在-0.90.8 mm間，最小差值為0，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±1 mm的要求。

5 結(jié)論

對(duì)加工的6條管徑為508 mm，壁厚為31.6 mm和28.4 mm的人工缺陷焊縫，共58個(gè)人工缺陷逐一進(jìn)行了宏觀切片。每個(gè)人工缺陷按照AUT掃查圖中最高波位置(0點(diǎn)位置)，-2，+2，+15 mm 4個(gè)位置進(jìn)行切片，并對(duì)得到的3個(gè)切片中的缺陷高度進(jìn)行對(duì)比分析，將其中最大高度作為缺陷的實(shí)際高度，再與AUT評(píng)定的缺陷高度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明AUT評(píng)定的缺陷高度與宏觀切片評(píng)定的缺陷高度，偏差在-0.90.8 mm間，最小差值為0，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±1 mm的要求。