相控陣超聲在長(zhǎng)輸管道焊縫檢測(cè)中的運(yùn)用

席永紅

(洛陽(yáng)欣隆工程檢測(cè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

0 前言

對(duì)長(zhǎng)輸管道焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，長(zhǎng)期采用射線膠片照相檢測(cè)技術(shù)和A型脈沖反射法超聲檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的手段。射線膠片照相檢測(cè)技術(shù)能夠留下底片，具有良好的溯源性，可以檢出在射線束投射方向有厚度差的缺陷(例如：與射線投射方向平行的裂紋、未熔合等面積型缺陷，以及夾渣、氣孔和未焊透等體積型缺陷)。由于角度等原因，在射線束投射方向沒(méi)有厚度差的缺陷(例如：與射線投射方向垂直的裂紋、未熔合等面積型缺陷則較難檢出)。A型脈沖反射法超聲檢測(cè)技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱A超)對(duì)于聲束垂直的面積狀缺陷有較高的檢出靈敏度，但是較難留下與探頭掃查路徑一致的圖像，溯源具有一定的難度，因此，使用A超進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，要求檢測(cè)人員有高度的責(zé)任心，否則會(huì)對(duì)危害性較強(qiáng)的面積狀缺陷造成漏檢。射線膠片照相檢測(cè)技術(shù)和A超結(jié)合使用，互相補(bǔ)充，基本涵蓋了長(zhǎng)輸管道焊縫存在的缺陷。但是射線檢測(cè)有輻射風(fēng)險(xiǎn)，檢測(cè)效率太低，而A超效率低，人為因素影響大，沒(méi)有圖像見(jiàn)證。

以近年發(fā)生的較大的幾起長(zhǎng)輸管道斷裂事故為例，都將未熔合確定為斷裂源。隨著長(zhǎng)輸管道規(guī)格的不斷增加，甚至有直徑1 422 mm，厚度33.2 mm，承壓12 MPa的長(zhǎng)輸管道投入使用。根據(jù)長(zhǎng)輸管道的實(shí)際發(fā)展趨勢(shì)，有必要增加更加先進(jìn)的檢測(cè)方法，為保障管道運(yùn)行安全提供依據(jù)。

1 相控陣超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)

1.1 相控陣超聲檢測(cè)

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)是近期快速發(fā)展起來(lái)的一種檢測(cè)方法，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：①具有A/B/C/D圖像顯示方式，能夠?qū)⒒夭ㄐ盘?hào)圖像化，可以顯示不同截面的圖像，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定性、定位和定量；②能夠保存檢測(cè)圖譜，檢測(cè)結(jié)果具有可追溯性；可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦，具有較高的檢測(cè)靈敏度；③不需要前后移動(dòng)探頭即可一次掃查到焊縫的全體積。

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)在新建長(zhǎng)輸管道中作為A型脈沖反射法超聲的替代檢測(cè)方法得到推廣。而由于焊縫中缺陷的方向具有不確定性，在實(shí)際檢測(cè)中常與TOFD檢測(cè)聯(lián)合使用。

1.2 TOFD檢測(cè)

衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)技術(shù)(TOFD)擁有較高的缺陷檢出率，能夠留下可追溯探頭運(yùn)動(dòng)軌跡的圖像，檢測(cè)結(jié)果具有很高的行業(yè)認(rèn)可度。但由于存在對(duì)受檢物體上下表面的檢測(cè)盲區(qū)，這種檢測(cè)方法一直無(wú)法單獨(dú)使用。

2 相控陣超聲與TOFD聯(lián)合檢測(cè)

①初始掃查使用一對(duì)探頭，在焊縫兩側(cè)采用沿線掃查和扇掃描兩種方式進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩次檢測(cè)的聲束接近90°交叉，以形成對(duì)焊縫的全覆蓋。扇掃描角度范圍控制在35°～75°，對(duì)一次波和二次波同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，其中一次波應(yīng)當(dāng)盡可能多地掃查焊縫的根部。②使用相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊縫兩側(cè)進(jìn)行探傷的同時(shí)，增加一對(duì)TOFD探頭進(jìn)行輔助檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)“相控陣超聲加TOFD檢測(cè)”，增加了與相控陣聲束夾角較小缺陷的檢出率。

3 相控陣超聲檢測(cè)工藝的驗(yàn)證

根據(jù)長(zhǎng)輸管道焊縫中的常見(jiàn)缺陷，設(shè)計(jì)了如圖1所示的模擬試塊，試塊中模擬缺陷的類型及規(guī)格如表1所示。

表1 模擬缺陷一覽表

使用相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)制備好的模擬試塊進(jìn)行掃查，得到的相控陣圖譜如圖1所示。

圖1 模擬試塊的相控陣掃查圖譜

從相控陣超聲檢測(cè)圖譜中可以看出，試塊中的10個(gè)人工缺陷均能通過(guò)相控陣超聲檢測(cè)予以檢出，可以初步得出結(jié)論，相控陣超聲檢測(cè)對(duì)缺陷的檢出能力能夠滿足要求。

4 不同種檢測(cè)方法的結(jié)果對(duì)比

4.1 相控陣超聲檢測(cè)、TOFD檢測(cè)與射線檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比

對(duì)某長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目射線檢測(cè)、相控陣超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，三種檢測(cè)方法對(duì)不同種類缺陷的檢出能力如表2所示。

表2 射線檢測(cè)、相控陣超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)對(duì)不同缺陷的檢出能力對(duì)比

由表2的結(jié)果可以得到：對(duì)于體積狀缺陷，射線檢測(cè)、相控陣超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)的檢出能力都較強(qiáng)；對(duì)于面積狀缺陷，射線檢測(cè)的檢出能力要較相控陣超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)稍弱。

4.2 相控陣超聲檢測(cè)、TOFD檢測(cè)與射線檢測(cè)對(duì)未熔合的檢出能力對(duì)比

4.2.1焊縫中與坡口角度一致的根部未熔合缺陷

射線檢測(cè)底片見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，底片未發(fā)現(xiàn)異常，無(wú)法判定存在缺陷，出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。

相控陣超聲和TOFD見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，均發(fā)現(xiàn)焊縫根部未熔合缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷進(jìn)行定位，保障了檢測(cè)質(zhì)量。

圖3 相控陣圖譜和TOFD圖譜

4.2.2焊縫中的坡口未熔合缺陷

射線檢測(cè)底片見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，底片未發(fā)現(xiàn)異常，無(wú)法判定存在缺陷，出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。

圖4 射線檢測(cè)的底片圖像

相控陣超聲檢測(cè)圖譜見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，可以識(shí)別出坡口未熔合缺陷，能發(fā)現(xiàn)焊縫存在缺陷，保障了檢測(cè)質(zhì)量。

圖5 相控陣超聲檢測(cè)的圖譜

在實(shí)際檢測(cè)中經(jīng)常發(fā)生相控陣超聲檢測(cè)能檢出坡口未熔合，射線檢測(cè)無(wú)法檢出缺陷的現(xiàn)象。

4.3 相控陣超聲檢測(cè)、TOFD檢測(cè)與射線檢測(cè)對(duì)密集點(diǎn)狀缺陷的檢出能力對(duì)比

射線底片見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，顯示的密集點(diǎn)狀缺陷數(shù)量較少。

圖6 射線檢測(cè)底片

相控陣超聲檢測(cè)圖譜見(jiàn)圖7，由圖7可見(jiàn)，在B、C圖中均可以顯示密集點(diǎn)狀缺陷。

圖7 相控陣圖譜中B、C圖

TOFD圖譜見(jiàn)圖8，由圖8可見(jiàn)，密集點(diǎn)狀缺陷顯示明顯。

圖8 TOFD檢測(cè)圖譜中

4.4 相控陣超聲檢測(cè)、TOFD檢測(cè)與射線檢測(cè)對(duì)缺陷的檢出能力分析

坡口未熔合是焊縫金屬與母材金屬未能熔化結(jié)合在一起的缺陷，具有嚴(yán)重的應(yīng)力集中，屬于僅次于裂紋的危害性缺陷。密集點(diǎn)狀缺陷在一定范圍內(nèi)減弱了焊縫的強(qiáng)度，受到應(yīng)力時(shí)易擴(kuò)展連到一起，為管道的安全運(yùn)行造成隱患。射線檢測(cè)對(duì)這些缺陷的檢出能力較弱，而使用相控陣超聲檢測(cè)和TOFD檢測(cè)則更容易檢出缺陷。

5 結(jié)論

相控陣超聲檢測(cè)與TOFD檢測(cè)結(jié)合應(yīng)用于長(zhǎng)輸管道的焊縫檢測(cè)，能夠檢出射線檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn)的坡口未熔合和密集點(diǎn)狀缺陷，可以很好地作為射線檢測(cè)的補(bǔ)充，如能提高檢測(cè)人員對(duì)波形和顯示的定性能力，甚至可以完全取代射線檢測(cè)。