海底管道自動超聲檢測帶狀圖的測長精度及修正

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(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

目前，自動超聲波檢測(Automatic Ultrasonic Testing，簡稱AUT)已經(jīng)成為海底管道對接環(huán)焊縫的主要檢驗(yàn)方法。分區(qū)法AUT檢測中，缺陷長度方向上的定量方法通常為對帶狀圖中的缺陷波進(jìn)行研究和評定。根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)或業(yè)主規(guī)格書的要求，長度測量方法通常包括-6 dB法、40%波高和20%波高法3種。一般來說，記錄閾值選擇的越低，AUT系統(tǒng)的缺陷檢出能力越高，但是長度定量誤差偏大，導(dǎo)致返修率升高。因此，有必要研究AUT系統(tǒng)在不同記錄閾值條件下長度測量的偏差，并對缺陷評定長度進(jìn)行修正，以獲得更加準(zhǔn)確的缺陷長度。

1 試驗(yàn)方法

1.1 AUT系統(tǒng)

采用OLYMPUS公司生產(chǎn)的Pipe WIZARD超聲自動環(huán)焊縫檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過掃查器沿固定在焊縫邊上的導(dǎo)軌行走，完成對焊縫的檢測。操作人員通過Pipe WIZARD軟件，實(shí)現(xiàn)焊縫掃查控制、數(shù)據(jù)實(shí)時顯示以及結(jié)果評判。

1.2 檢測材料

試驗(yàn)選用X65碳鋼管，外徑為457.2 mm，壁厚為15.9 mm。

1.3 AUT校準(zhǔn)試塊

AUT校準(zhǔn)試塊是AUT系統(tǒng)調(diào)試和校準(zhǔn)的重要依據(jù)，參考待檢焊縫的坡口參數(shù)，在不同區(qū)域加工人工反射體(見圖1)，用于調(diào)試系統(tǒng)的檢測靈敏度。AUT校準(zhǔn)試塊材料同焊縫材料保持一致。

圖1 分區(qū)法AUT校準(zhǔn)試塊結(jié)構(gòu)示意

1.4 檢測焊縫

試驗(yàn)采用全自動熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)加工了4道J型坡口焊縫，其中包含63個焊接缺陷。缺陷類型包括：根部未焊透、根部及熱焊區(qū)未熔合、填充區(qū)側(cè)壁未熔合、層間未熔合、蓋面未熔合、密集氣孔等。缺陷深度覆蓋整個壁厚，長度為10～40 mm。

1.5 試驗(yàn)方法

(1) 用AUT校準(zhǔn)試塊完成AUT系統(tǒng)校準(zhǔn)，對各分區(qū)人工反射體在帶狀圖中的信號進(jìn)行分析和評定，分別記錄不同閾值下的長度，對比人工反射體長度，確定不同測長方法對應(yīng)的誤差。

(2) 用校準(zhǔn)的AUT設(shè)備對缺陷焊縫進(jìn)行掃查，對帶狀圖中的缺陷信號進(jìn)行分析和評定，分別記錄不同閾值下的長度，并將AUT校準(zhǔn)試塊各分區(qū)對應(yīng)的誤差代入進(jìn)行修正。

(3) 對缺陷焊縫進(jìn)行射線檢驗(yàn)(RT)，評定缺陷長度。

(4) 通過AUT和RT數(shù)據(jù)，對比缺陷長度，評定修正方法的正確性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 帶狀圖測長精度的確定

用AUT校準(zhǔn)試塊完成AUT系統(tǒng)校準(zhǔn)。根部反射體為高度1 mm的槽，填充區(qū)域反射體為φ2 mm的平底孔(FBH)，表面反射體為高度1 mm的槽，體積通道反射體為φ1.5 mm的平底孔(FBH)，各反射體最大反射波高設(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]。為了保證分區(qū)法的各個波束疊加能夠覆蓋整個壁厚，標(biāo)準(zhǔn)DNV-OS-F101-2013《海底管道系統(tǒng)》要求角度相同的相鄰?fù)ǖ老嗷ジ采w5%～40%。校準(zhǔn)后的試塊AUT掃查結(jié)果如圖2所示。

圖2 校準(zhǔn)后的試塊AUT掃查結(jié)果

AUT校準(zhǔn)試塊中各個人工反射體的位置和尺寸已知，對試塊帶狀圖中各分區(qū)人工反射體的A掃描信號進(jìn)行分析，并分別按照-6 dB法、40%波高和20%波高3種方法進(jìn)行長度定量，確定不同測長方法對應(yīng)的誤差值(見表1)。

表1 AUT校準(zhǔn)試塊人工反射體不同測長方法下的長度及誤差

2.2 焊縫缺陷長度測量及修正

用校準(zhǔn)的AUT設(shè)備對4道J型坡口焊縫進(jìn)行全自動掃查，圖3 為其中一條焊縫的掃查結(jié)果。

圖3 焊縫缺陷的AUT掃查結(jié)果

對焊縫掃查圖進(jìn)行分析和評定，記錄缺陷信號波幅和所在分區(qū)。缺陷長度定量以帶狀圖為準(zhǔn)，分別按照-6 dB法、40%波高和20%波高3種方法進(jìn)行檢測得到缺陷長度，再代入對應(yīng)試塊圖中缺陷信號所在分區(qū)的誤差值，進(jìn)行修正得到修正值，并與各個缺陷的RT檢測結(jié)果進(jìn)行對比(見表2)。

表2 缺陷焊縫AUT測長結(jié)果修正及RT測長結(jié)果對比

從表2可以看出，未修正前，3種測量方法得到的長度比RT檢測結(jié)果偏大。通過代入校準(zhǔn)試塊對應(yīng)分區(qū)的誤差值進(jìn)行20%波高法測量的長度>40%波高法測量的長度>-6 dB法測量的長度；對于波高40%～80%以上的缺陷，20%波高法測長>-6 dB法測長>40%波高法測長。-6 dB法長度測量值更接近缺陷的實(shí)際尺寸。

3 結(jié)語

經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果分析，分區(qū)法AUT檢測使用帶狀圖進(jìn)行長度定量，-6 dB、40%波高和20%波高3種方法測量都存在一定的誤差，誤差值可通過試塊中人工反射體的檢測信號進(jìn)行修正。對焊縫中的缺陷信號進(jìn)行分析時，經(jīng)過試塊誤差值修正后的缺陷長度更加精確。