對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的制作

閆留青，蔣桂通，李鵬頻，陳 明，張 健

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

海洋石油平臺在建造過程中有大量的工藝管線系統(tǒng)（比如原油系統(tǒng)（CR）、消防系統(tǒng)（FW）等），這些工藝管線系統(tǒng)大部分由焊縫連接完成。此種工藝管線所設(shè)計的對接環(huán)焊縫往往要求使用規(guī)范ASME BPVC.V[1]（美國機械工程師協(xié)會鍋爐和壓力容器規(guī)范）進行射線檢驗，以確定焊縫中有無缺陷。近年來，由于超聲波相控陣檢測技術(shù)（PAUT）具有高效、環(huán)保、無輻射等優(yōu)點，越來越多地用來替代射線檢驗（RT）應(yīng)用在此種焊縫的檢驗過程中[2]。

目前國內(nèi)外對此類焊縫的PAUT檢驗，主要是采用沿線掃查技術(shù)進行半自動機械掃查[3]。在采用半自動機械掃查的PAUT 掃查過程中，探頭相對于焊縫中心線的位置（步進偏移）有時會有偏差。步進偏移的偏差對檢測結(jié)果會產(chǎn)生影響，步進偏移嚴(yán)重的甚至?xí)a(chǎn)生漏檢或誤判。對步進偏移的測量，目前主要是使用鋼板尺進行多次測量，不僅效率低，而且測量結(jié)果誤差比較大。

針對上述步進偏移的測量難點，本文開發(fā)了一種對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺，該測量尺能夠快速準(zhǔn)確地進行步進偏移測量，不僅能夠提高效率，而且檢測結(jié)果更有保證。

1 PAUT技術(shù)

超聲波相控陣檢測技術(shù)（PAUT）是一種依據(jù)設(shè)定的聚焦法則對陣列探頭各個單元在發(fā)射或接收聲波時施加不同的時間延遲（或電壓），通過波束形成實現(xiàn)檢測聲束的移動、偏轉(zhuǎn)和聚焦等功能的超聲波檢測成像技術(shù)[4]。

1.1 成像技術(shù)

扇形掃描（Sectorial Scan，簡稱S-Scan）用一定的延時法則，激發(fā)相控陣探頭中的部分相鄰或全部晶片，使激發(fā)晶片組形成的聲束在設(shè)定的角度范圍內(nèi)以一定的步進值進行連續(xù)偏轉(zhuǎn)，其數(shù)據(jù)顯示為每一個角度的波束掃描圖像通過延遲和角度校正形成圖像，如圖1所示。

圖1 扇形掃描示意圖

1.2 掃查方式

目前國內(nèi)外對于此類焊縫的PAUT檢驗，主要是采用沿線掃查技術(shù)的機械掃查方式[4]。所謂焊縫沿線掃查，就是指相控陣探頭的晶片陣列方向與焊縫的走向垂直，探頭前沿離開焊縫中心距離S（步進偏移）保持不變，沿焊縫軸線方向平移，以獲得生束覆蓋范圍內(nèi)焊縫的信息，如圖2所示。

國內(nèi)外關(guān)于PAUT 檢驗的標(biāo)準(zhǔn)中，對步進偏移的控制都提出了具體要求，有的還給出了相關(guān)建議措施。 比如： GB/T 32563-2016[5]（無損檢測超聲檢測相控陣超聲檢測方法）第11.1 節(jié)規(guī)定：探頭擺放到要求的位置，沿設(shè)計的路徑進行掃查。掃查過程中應(yīng)采取一定的措施（如提前畫出探頭軌跡或參考線，使用導(dǎo)向軌道或使用磁條導(dǎo)向），使探頭沿預(yù)定軌跡移動，過程中探頭位置與預(yù)訂軌跡的偏離量不能超過步進偏移S值的15%。又比如ASME B31.3[6]APPENDIX R R302章節(jié)中規(guī)定：機械掃查裝置應(yīng)能夠使探頭相對于焊縫中心線保持固定和一致的位置。

圖2 焊縫沿線掃查示意圖

目前對步進偏移的測量，主要是使用鋼板直尺進行測量：在測量時需要先測焊縫寬度，標(biāo)記焊縫中心線，然后再測量出步進偏移[7]；上述測量方式不僅效率低，測量結(jié)果誤差也比較大。為了高效準(zhǔn)確進行步進偏移的測量，本文研究制作了一種對稱坡口焊縫PAUT 檢測用步進偏移測量尺，接下來從步進偏移測量尺的制作原理和使用方法兩個方面展開敘述。

2 對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的制作原理

對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。左對中滑塊測量爪、右對中滑塊測量爪以及游動副尺上分別具有左對中滑塊測量爪刻度線、右對中滑塊測量爪刻度線以及游動副尺刻度線，刻度線分別與各自對應(yīng)的測量爪下部直邊邊緣處于同一條豎直線上。主尺是一個工字型中分尺，其0刻度線在所述主尺的偏左部位。

圖3 對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的結(jié)構(gòu)示意圖

對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的制作原理如下：左對中滑塊測量爪、右對中滑塊測量爪分別位于0刻度線左右兩側(cè)且沿傳動裝置背向移動靠近或者遠(yuǎn)離，游動副尺位于主尺的右側(cè)穿入嵌套在主尺上且能夠左右滑動。游動副尺通過直通孔穿過正反向絲桿，該直通孔的孔徑要大于正反向絲桿的直徑。左對中滑塊測量爪，右對中滑塊測量爪下部從左向右鉆直徑相同螺孔，兩個螺孔的攻絲方向相反，正反向絲桿左右兩部分攻絲方向相反。正反向絲桿平行設(shè)置位于主尺的下部，限位滑塊從主尺的左端部穿入嵌套在主尺上，正反向絲桿的左端部穿過限位滑塊的下部孔與絲桿限位輪過盈配合裝配在一起，旋轉(zhuǎn)絲桿限位輪帶動正反向絲桿轉(zhuǎn)動。

3 對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的使用方法

對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的具體使用方法如下：將該測量尺放在待測焊縫上，測量尺的主尺與焊縫垂直，左對中滑塊測量爪和右對中滑塊測量爪分別放在焊縫兩側(cè)；旋轉(zhuǎn)絲桿限位輪，使左對中滑塊測量爪和右對中滑塊測量爪下部直邊緊貼焊縫兩邊，主尺的“0”刻度線位置即為焊縫中心，移動游動副尺，使移動游動副尺的刻度與主尺上待測量的某一刻度重合，移動游動副尺的直邊位置即為探頭要放置的位置。

因此，本對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺可以快速測出焊縫中心，并且同時準(zhǔn)確測量PAUT探頭應(yīng)放置的位置（步進偏移）。

4 結(jié)束語

PAUT檢驗采用沿線掃查技術(shù)，探頭相對于焊縫中心線的位置（步進偏移）是一個十分關(guān)鍵的控制要素。普通鋼板尺測量步進偏移時可能會不準(zhǔn)確，并且效率低，在探頭掃查過程中步進偏移會發(fā)生變化而導(dǎo)致漏檢或誤判。通過對稱坡口焊縫PAUT檢測用步進偏移測量尺的研制和應(yīng)用，使探頭在掃查整圈環(huán)焊縫的過程中，步進偏移始終穩(wěn)定地保持在一個數(shù)值上，在提高PAUT檢測的效率，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性等方面具有很好的實用價值。