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(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

隨著相控陣?yán)碚撛诔暡z測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，超聲相控陣檢測(cè)(PAUT)技術(shù)日趨成熟，并以檢測(cè)速度快、缺陷定量準(zhǔn)確、設(shè)備使用靈活、故障率低、可交叉作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)而逐漸廣泛應(yīng)用于海底管道的焊縫檢測(cè)中。海底管道雙層管為管中管的形式，兩管之間采用保溫材料進(jìn)行填充。在施工過(guò)程中，完成內(nèi)管焊接檢驗(yàn)后需要進(jìn)行外管焊口的組對(duì)焊接，而外管的周向旋轉(zhuǎn)受限，同時(shí)受到管體橢圓形狀的影響，就存在影響自動(dòng)超聲檢測(cè)(AUT)精度的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合海底管線項(xiàng)目雙層管外管檢測(cè)存在的風(fēng)險(xiǎn)，筆者設(shè)計(jì)了可靠的PAUT檢測(cè)工藝及軌道式掃查裝置，該裝置完全滿足海底管線鋪設(shè)過(guò)程中的外管檢測(cè)要求，在保證工程質(zhì)量及效率的同時(shí)，有效節(jié)約了大型檢測(cè)設(shè)備資源的投入，為海底管道檢測(cè)提供了更加多元化的檢測(cè)方案。

1 PAUT檢測(cè)工藝和數(shù)據(jù)采集裝置

圖1 相控陣波束覆蓋示意

1.1 PAUT檢測(cè)工藝

依據(jù)被檢工件的材料、尺寸、批準(zhǔn)的焊接工藝及檢測(cè)區(qū)域，選擇合適的設(shè)備與探頭組合，設(shè)置起始晶片和激發(fā)晶片的數(shù)量、聚焦的類型、聚焦的位置，合適的角度范圍及角度步進(jìn)，生成一個(gè)扇形掃描，通過(guò)選擇合適的步進(jìn)偏移，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)域的全覆蓋，相控陣波束覆蓋示意如圖1所示。同時(shí),該工藝設(shè)置了一組TOFD(超聲波衍射時(shí)差法)探頭，用以提高焊縫內(nèi)部缺陷的高度定量精度，確保該工藝在焊縫各個(gè)區(qū)域具有良好的檢測(cè)能力。由標(biāo)準(zhǔn)DNV-OS-F101-2013 《海底管線系統(tǒng)》可知，TOFD波束覆蓋示意如圖2所示，PAUT檢測(cè)工藝顯示視圖如圖3所示。

圖2 TOFD波束覆蓋示意

圖3 PAUT檢測(cè)工藝顯示視圖

1.2 數(shù)據(jù)采集裝置

針對(duì)海底管線焊縫檢測(cè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新型軌道式掃查裝置，該掃查裝置可同時(shí)夾持2組探頭，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)掃查，最大掃查速度可達(dá)100 mm·s-1，探頭偏移精度可控制在-1～1 mm之內(nèi)，周向掃查精度在-5～5 mm之內(nèi)。

2 驗(yàn)證試驗(yàn)

2.1 焊接缺陷的制備

在PAUT檢測(cè)能力驗(yàn)證時(shí)，采用的試驗(yàn)管道管徑為323 mm，壁厚為11.1 mm，在焊縫內(nèi)部表面及內(nèi)部不同深度處設(shè)置不同的焊接缺陷，缺陷類型包括根部未焊透、坡口未熔合、外表面開(kāi)口、焊縫中心氣孔、夾渣等。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證PAUT檢測(cè)工藝的缺陷檢測(cè)能力及可靠性，對(duì)加工好的缺陷焊縫分別進(jìn)行PAUT、AUT和RT(射線檢測(cè))，采用相同的掃查零點(diǎn)和掃查方向，記錄每個(gè)缺陷的長(zhǎng)度、深度和高度，詳細(xì)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，PAUT檢測(cè)工藝配置可檢測(cè)出焊縫中不同位置、不同類型的缺陷。

在長(zhǎng)度的定量檢測(cè)時(shí)，PAUT與AUT定量檢測(cè)的最大偏差為3 mm，與RT定量檢測(cè)的最大偏差也是3 mm；在深度的定量檢測(cè)時(shí)，PAUT與設(shè)計(jì)定值的最大偏差為2.4 mm，與AUT深度定量檢測(cè)的最大偏差為1.9 mm；高度定量檢測(cè)時(shí)，PAUT與設(shè)計(jì)值的最大偏差為1 mm，與AUT定量檢測(cè)的最

表1 PAUT,AUT,RT對(duì)焊縫的檢測(cè)數(shù)據(jù)

大偏差為0.9 mm。

AUT采用分區(qū)法檢測(cè)和帶狀圖顯示，利用分區(qū)高度及反射回波幅度進(jìn)行高度定量，由于焊縫中缺陷的方向性、有效反射面、分區(qū)高度等對(duì)高度定量的影響，造成部分缺陷的PAUT與AUT高度定量存在差異。

綜上分析，PAUT與AUT對(duì)不同位置、不同類型的缺陷具有一致的檢測(cè)效果，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 PAUT檢測(cè)能力

為了進(jìn)一步驗(yàn)證PAUT工藝對(duì)缺陷的檢測(cè)能力以及在海管鋪設(shè)過(guò)程中的檢測(cè)可靠性，在項(xiàng)目施工過(guò)程中進(jìn)行了一定數(shù)量焊口的檢測(cè)能力及穩(wěn)定性對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)存在缺陷的焊縫進(jìn)行了PAUT與AUT對(duì)比試驗(yàn)，記錄缺陷的長(zhǎng)度、深度、高度信息，現(xiàn)場(chǎng)焊口的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)焊口的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù) mm

由表2可知，PAUT與AUT在長(zhǎng)度定量方面的最大偏差為3 mm，高度定量方面的最大偏差為1 mm，深度定量偏差最大為1 mm，具有一致的評(píng)

定結(jié)果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)比試驗(yàn)得出，PAUT技術(shù)能有效檢測(cè)出不同深度的焊接缺陷，且定量準(zhǔn)確。

3.2 檢測(cè)可靠性及檢測(cè)效率

(1) 采用PAUT軌道式掃查裝置，可將探頭步進(jìn)偏移偏差控制在±1 mm范圍之內(nèi)，使數(shù)據(jù)采集更可靠。

(2) 完成直徑為457 mm管線的焊縫檢測(cè)僅需3 min，滿足現(xiàn)場(chǎng)管線的鋪設(shè)要求。

(3) 準(zhǔn)確的缺陷定量結(jié)果有助于焊接質(zhì)量的提升，降低返修率，提高管線的整體鋪設(shè)效率。

4 PAUT結(jié)果的影響因素

(1) 數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，探頭步進(jìn)偏移會(huì)造成根部或表面區(qū)域缺陷漏檢，影響檢測(cè)的完整性。因此，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，探頭步進(jìn)偏移應(yīng)控制在±2 mm范圍之內(nèi)，確保整個(gè)工藝的完整性。

(2) 合適的掃查速度可以避免數(shù)據(jù)丟失。

(3) 確保檢測(cè)焊縫表面溫度小于40℃，且試塊與焊縫溫差控制在±10℃。

(4) 探頭楔塊的曲率與被檢管的曲率相同。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知，PAUT技術(shù)具有良好的檢測(cè)能力，可對(duì)缺陷長(zhǎng)度、高度及深度進(jìn)行可靠地定量檢測(cè)，掃查裝置具有良好的穩(wěn)定性及檢測(cè)效率。同時(shí),PAUT設(shè)備的便攜性及低成本有效解決了施工船舶大型AUT檢測(cè)設(shè)備存放的空間需求及成本投入。通過(guò)PAUT技術(shù)的成功應(yīng)用，為海底管線鋪設(shè)過(guò)程中的焊縫檢測(cè)提供了多元化的檢測(cè)方案，同時(shí)積累了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為今后PAUT技術(shù)的應(yīng)用提供了更加有利的技術(shù)支持。