AUT技術(shù)和X射線檢測(cè)技術(shù)在長(zhǎng)輸管道檢測(cè)中的對(duì)比分析

鐘文清，陶所平

（合肥通用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)（AUT）是一項(xiàng)主要用于長(zhǎng)輸管道上的焊縫質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，它的特點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高、速度快、對(duì)焊縫缺欠定位和定量準(zhǔn)確。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道施工大部分采用全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)（AUT）與射線檢測(cè)（RT）雙百雙評(píng)的兩種方式，希望達(dá)到RT與AUT檢測(cè)結(jié)果一致的效果；實(shí)際上，RT和AUT兩種檢測(cè)方式的原理及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)都不一樣，這就造成了實(shí)際中很難達(dá)到檢測(cè)結(jié)果的一致性，用檢測(cè)結(jié)果的一致性來(lái)判斷管道質(zhì)量驗(yàn)收的可靠性是不科學(xué)的。

本文采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，研究分析了這兩種檢測(cè)方法在長(zhǎng)輸管道檢測(cè)中的缺陷檢出率、缺陷尺寸等方面的差異，結(jié)合AUT、RT、切片的試驗(yàn)結(jié)果，論證了AUT技術(shù)在全自動(dòng)焊長(zhǎng)輸管道質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)及可靠性。

1 檢測(cè)原理

1.1 AUT檢測(cè)原理

（1）區(qū)域劃分法。AUT主要采用焊縫區(qū)域分割法配合TOFD(time of flight diffraction) 自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行長(zhǎng)輸管道環(huán)焊縫檢測(cè)。AUT檢測(cè)采用分區(qū)掃查模式，通過(guò)控制晶片的激發(fā)時(shí)間，形成不用角度的波束，實(shí)現(xiàn)對(duì)各自分區(qū)的單獨(dú)掃查，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊縫的整體掃查。每個(gè)分區(qū)在壁厚方向覆蓋大約為2～3mm，每個(gè)區(qū)都由一組獨(dú)立的晶片進(jìn)行掃查 ( 這種分區(qū)的掃查被稱為A掃)，使用一個(gè)探頭可以實(shí)現(xiàn)多種聲束角度的檢測(cè)工作，并得到聚焦在不同深度的聲束。根據(jù)主要缺陷的方向來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)主聲束的角度，分區(qū)掃查中，要求嚴(yán)格控制探頭前沿相對(duì)于焊縫中心線的位置，確保波束能覆蓋每個(gè)區(qū)域。每個(gè)分區(qū)的檢測(cè)結(jié)果在帶狀圖上以相對(duì)應(yīng)的通道顯示，且以焊縫中心為界分為上游、下游兩個(gè)通道，本文采用CRC坡口、壁厚25.7mm的鋼管焊縫，其區(qū)域劃分從根部依次為根焊區(qū)、鈍邊區(qū)、熱焊區(qū)、填充區(qū)（1～8）。

（2）相控陣探頭。相控陣探頭由多個(gè)獨(dú)立的壓電晶片組成陣列，按一定的規(guī)則和時(shí)序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個(gè)晶片單元，發(fā)射過(guò)程中通過(guò)軟件施加精確延時(shí)產(chǎn)生聚焦波束，從而來(lái)控制焦點(diǎn)的位置和聚焦的方向。有三種主要陣列類型：線形（線陣列）、面形（二維矩形陣列）和環(huán)形（圓形陣列）。通過(guò)有效控制波陣面的形狀和方向，實(shí)現(xiàn)了超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。Pipe WIZARD相控陣探頭采用工業(yè)應(yīng)用中最常用的線形陣列探頭，晶片數(shù)量范圍為10～128個(gè)，頻率范圍為1～17MHz，長(zhǎng)方形晶片被晶片切割成許多小晶片，每個(gè)小晶片可視為一個(gè)線狀波源，這些線狀波源的波陣面會(huì)產(chǎn)生波的干涉，形成整體波陣面，由此產(chǎn)生超聲聚焦波束。

（3）標(biāo)準(zhǔn)試塊。針對(duì)自動(dòng)焊在CRC坡口中易出現(xiàn)的主要缺陷（主要指坡口未熔合），AUT檢測(cè)過(guò)程中一般用Z型試塊來(lái)校驗(yàn)儀器、調(diào)整掃查靈敏度等性能。Z型試塊按區(qū)域加工成標(biāo)準(zhǔn)孔或槽（標(biāo)準(zhǔn)孔通常采用直徑2～3mm的平底孔）。

1.2 X射線檢測(cè)原理

如果被透照物體（試件）的局部存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異，且構(gòu)成缺陷的物質(zhì)的衰減系數(shù)又不同于試件，該局部區(qū)域的透過(guò)射線強(qiáng)度就會(huì)與周圍產(chǎn)生差異，使得不同部位透射射線強(qiáng)度不同，通過(guò)差異的變化體現(xiàn)到底片感光的不同，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料或零件內(nèi)部質(zhì)量的射線檢測(cè)。RT僅能測(cè)量缺陷的長(zhǎng)度，不能測(cè)量缺陷的高度。

2 試驗(yàn)方案與結(jié)果分析

2.1 對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)

取5組長(zhǎng)輸管道全自動(dòng)焊環(huán)焊縫（CRC坡口）試樣進(jìn)行AUT和RT對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)輸管道AUT和RT檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

從上表可以看出，試樣1號(hào)焊口AUT檢測(cè)檢出根部未熔合缺陷，RT底片無(wú)缺陷顯示；試樣2號(hào)焊口AUT檢測(cè)檢出根部未熔合缺陷，RT底片無(wú)缺陷顯示；試樣3號(hào)焊口AUT檢測(cè)檢出根部未熔合缺陷，RT底片無(wú)缺陷顯示；試樣4號(hào)焊口AUT檢測(cè)檢出根部未熔合缺陷，RT底片無(wú)缺陷顯示；試樣5號(hào)焊口AUT檢測(cè)檢出體積缺陷，RT底片檢出密集型氣孔。針對(duì)上面的5道焊口數(shù)據(jù)看，AUT對(duì)根部未熔合和體積缺陷全部檢出，而RT只檢出了密集氣孔，其余4道焊口的根部未熔合全部漏檢。這主要還是因?yàn)樾〗嵌绕驴谧詣?dòng)焊的主要缺陷為未熔合，而層間未熔合缺陷在射線底片上一般無(wú)顯示或顯示不明顯，但AUT對(duì)這一類缺陷非常敏感，從前面的AUT掃查圖中可以清楚地看到此類缺陷。

2.2 焊口金相分析

結(jié)合拍片結(jié)果，針對(duì)五道焊口的異議區(qū)域進(jìn)行了切割，切割出10個(gè)5mm的切片，進(jìn)行金相分析。通過(guò)宏觀金相確定缺陷的類型并測(cè)量缺陷的高度和深度，結(jié)果如表2所示。

表2 焊口切片試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合表1和表2可以看出：AUT對(duì)5處判廢缺陷全部檢出，RT只檢出了1處密集型氣孔，可見(jiàn)RT對(duì)根部及45o熱焊區(qū)的檢測(cè)能力偏低，該區(qū)域內(nèi)RT漏檢的缺陷對(duì)焊縫的安全性存在較大影響，屬于危害性區(qū)域。AUT的帶狀圖對(duì)小體積型缺陷檢出能力偏低，一般在體積通道和TOFD通道會(huì)有顯示，可以通過(guò)綜合評(píng)判來(lái)有效解決。RT檢測(cè)體積型缺陷（氣孔）的能力很強(qiáng)，很難檢測(cè)面積型的未熔合缺陷?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，AUT靠A掃描的分區(qū)掃查和TOFD這兩種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)缺欠深度方向上的精確定位；RT只能靠投影原理來(lái)大致判斷缺欠的深度，且易產(chǎn)生誤差。由此可以看出，AUT對(duì)缺陷的定位、定量較RT更精確，AUT能檢出RT所檢出的缺陷，且比RT具有更高的缺陷檢出率。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比分析AUT、RT、切片三種方法的檢測(cè)結(jié)果，AUT能檢出RT所檢出的缺陷，比RT有更高的缺陷檢出率，AUT和RT對(duì)同一缺欠的判廢結(jié)果可能不一致，這是基于這種坡口形式和兩種檢測(cè)方法原理不同造成的，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工中以AUT為首選檢測(cè)方法，RT作為備用方案，保證管道的質(zhì)量可靠性。AUT和RT在長(zhǎng)輸管道焊縫檢測(cè)上是互補(bǔ)的無(wú)損檢測(cè)方法，RT檢測(cè)的可重復(fù)性很高，AUT檢測(cè)結(jié)果的檢出率和可靠性要高于RT，沒(méi)有危害性缺陷漏檢，可檢出的最小缺欠尺寸也好于RT，且AUT對(duì)缺欠高度更加精確。