張金光 杜思遠(yuǎn) 馬春青

中國石油天然氣管道局工程有限公司設(shè)備租賃分公司

摘要：環(huán)焊縫根部焊接質(zhì)量是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。以中俄東線大口徑管道CRC坡口為例，采用全自動(dòng)超聲波檢測技術(shù)，再輔以TOFD（超聲波衍射時(shí)差法)和體積通道掃描，通過識別帶狀圖信號，對焊縫根部缺陷進(jìn)行評判，為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)焊縫根焊；通道；時(shí)間門； 波幅門； 模擬試塊； 全自動(dòng)超聲波檢測

環(huán)焊縫質(zhì)量關(guān)系油氣管道本體質(zhì)量和安全運(yùn)行，根焊是環(huán)焊縫的關(guān)鍵部位，準(zhǔn)確識別和評判根焊缺陷意義重大。中俄東線管道建設(shè)工程在采用CRC全自動(dòng)焊接技術(shù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用全自動(dòng)超聲波檢測技術(shù)開展根焊質(zhì)量評判工作，為及時(shí)準(zhǔn)確識別環(huán)焊縫根焊缺陷，保障后續(xù)焊接作業(yè)質(zhì)量和工程建設(shè)順利進(jìn)行發(fā)揮了重要作用。

1  全自動(dòng)超聲波檢測概述

全自動(dòng)超聲波檢測根據(jù)焊縫坡口分區(qū)，由電子系統(tǒng)控制相控陣探頭對各分區(qū)進(jìn)行掃查，每個(gè)分區(qū)都有相對應(yīng)的聚焦通道用以檢測，檢測結(jié)果以雙門帶狀圖顯示，再輔以TOFD（超聲波衍射時(shí)差法）和體積通道掃描功能進(jìn)行檢測。通道是一個(gè)陣元超聲波束的剖面數(shù)，一個(gè)陣元對應(yīng)一個(gè)通道，以避免由相鄰的幾何反射體所造成的干擾信號及相鄰波束的過度重疊。根焊檢測一般采用一次波掃描根部通道，以PE模式（超聲波束自發(fā)自收）或PC模式（超聲波束一發(fā)一收），超聲波束全覆蓋整個(gè)根部區(qū)域，波束應(yīng)垂直于根焊區(qū)坡口入射并在根焊區(qū)坡口聚焦，同時(shí)由根部體積通道檢測對體積性缺陷進(jìn)行識別。根部體積通道可采用40°～70°的一次波進(jìn)行掃描，不應(yīng)采用聚焦波束。

全自動(dòng)超聲波掃查圖分為上游通道、上游體積通道、上游根部體積通道、TOFD通道、下游根部體積通道、下游體積通道、下游通道帶狀圖，主要對各通道檢測信號進(jìn)行識別并據(jù)此評判根焊缺陷情況。

2  環(huán)焊縫坡口及模擬試塊

（1）環(huán)焊縫坡口形式。全自動(dòng)超聲波檢測一般根據(jù)待檢測焊縫的坡口形式、壁厚等參數(shù)，在壁厚方向?qū)⒑缚p分為2 mm～3 mm高的分區(qū)，按照焊縫檢測工藝模擬試塊坡口分區(qū)。中俄東線某段管徑為1219 mm，壁厚18.4 mm，環(huán)焊縫CRC坡口形式如圖 1所示，根部坡口角度37.5°，高度1.6 mm，鈍邊高度1.1 mm。

圖 1 中俄東線1219 mm管道CRC坡口示意圖（壁厚18.4 mm）

（2）模擬試塊根部標(biāo)準(zhǔn)反射體設(shè)置。模擬含有根部缺陷的試塊用以驗(yàn)證檢測工藝。根部標(biāo)準(zhǔn)反射體與根部坡口角度一致，當(dāng)根部高度不大于2 mm時(shí)，應(yīng)選用垂直高度不大于1 mm的方槽或尖角槽。本次采用高1 mm、寬1 mm、長10 mm的方槽作為根部標(biāo)準(zhǔn)反射體。根部探頭對應(yīng)發(fā)射角度為52.5°的根部熔合線上的反射體。時(shí)間門用來設(shè)定超聲波掃查范圍，濾掉指定區(qū)域以外的反射信號，波幅門在時(shí)間門范圍內(nèi)采集波幅信號。時(shí)間門通常為熔合線前4 mm～5 mm，但是要延伸到根部底面遠(yuǎn)側(cè)端部，波幅門通常設(shè)置在熔合線前4 mm～5 mm、中心線后1 mm。當(dāng)沒有反射體信號或者信號在時(shí)間門外顯示，可提示檢測人員對導(dǎo)軌不正、錯(cuò)邊和波幅門的虛假信號進(jìn)行判定等，用來監(jiān)控導(dǎo)軌位置是否正確。

3  根焊檢測信號及判別方法

（1）帶狀圖任一側(cè)兩個(gè)時(shí)間門信號不同但連續(xù)。一個(gè)原因是導(dǎo)軌不正，造成信號在時(shí)間門連續(xù)的輕微改變。再一個(gè)原因是導(dǎo)軌距離焊縫中心線沒有精確到200 mm，可能在焊接前沒用劃線器劃線。如果任一側(cè)的時(shí)間門誤差大于正負(fù)1 mm，將被要求重新固定導(dǎo)軌重新掃描， 這種差別可以通過根部體積通道掃描進(jìn)行監(jiān)控。

（2）焊道兩邊上下游時(shí)間門信號不同，可能原因是焊道有分支或焊道成形不良。焊道成形不良通常在鈍邊通道也有相應(yīng)的幾何反射信號。如圖 2所示，鈍邊總是垂直的，鈍邊通道如果采用PE模式，該通道的超聲波束容易打在根部幾何反射體上，一般結(jié)合兩側(cè)的鈍邊通道反射信號，根部通道和在時(shí)間閘門的位置進(jìn)行判定，紅藍(lán)標(biāo)尺線之間根部通道時(shí)間門較長，鈍邊通道顯示偽像波幅信號，這就是根部的幾何反射信號。

圖 2 下游鈍邊通道顯示的根部幾何信號示例

（3）在同一側(cè)的帶狀圖時(shí)間門不同或者出現(xiàn)跳門。一個(gè)可能原因是錯(cuò)邊。錯(cuò)邊雖不評為缺陷，但必須要正確判定為錯(cuò)邊。一般通過檢查TOFD通道底面波的分叉現(xiàn)象，錯(cuò)邊處顯示雙底面波形等。

4  超過波幅門信號的識別及判定

（1）一個(gè)超過波幅閘門的根部信號（波幅信號從綠變紅），首先要檢查信號處于時(shí)間門的位置是在熔合線處還是在中心線以外。

（2）檢查相應(yīng)的根部體積通道，驗(yàn)證或者確認(rèn)這個(gè)反射信號，一個(gè)相關(guān)的信號也可能在對側(cè)根部體積通道顯示，即上游偏離時(shí)間門中心的信號有可能在下游側(cè)體積通道顯示出來，反之下游側(cè)偏離時(shí)間門的信號有可能在上游側(cè)體積通道顯示。

（3）檢查TOFD通道是否是一個(gè)近表面的信號，從缺陷端點(diǎn)的衍射信號可能是靠近底面波的不連續(xù)線，但是底面可能掩蓋這個(gè)根部信號。如圖 3所示，根據(jù)時(shí)間門的長短可以看出根部、鈍邊、熱焊通道既有根部幾何反射波，又有根部未熔合缺陷信號。

圖 3 根部通道既有未熔合缺陷信號又有幾何反射信號

（4）如果出現(xiàn)根部多通道信號，要檢查TOFD 底面波信號判斷是否有根部開口缺陷或裂紋。

（5）如果反射信號出現(xiàn)在閘門位中間，可能是坡口未熔合，通常信號連續(xù)、波幅較大、有一定長度。如果鈍邊通道也能觀察到相關(guān)信號顯示，則可能是根部斷弧、根部未熔合、根部裂紋、錯(cuò)邊等等。如圖 4紅藍(lán)線之間，從帶狀圖閘門位置和根部體積通道很明顯看出這是一個(gè)根部未熔合缺陷。

圖 4 根部未熔合缺陷

5  結(jié)語

經(jīng)采用全自動(dòng)超聲波檢測，中俄東線某段1219 mm大口徑管道建設(shè)工程單日檢測焊口超過75道，一次合格率高達(dá)97.5%，檢測時(shí)效大大提高。在工程初期全自動(dòng)超聲波檢測過程中，檢測準(zhǔn)備、導(dǎo)軌安裝、試塊校準(zhǔn)等方面還不夠熟練精確，掃查圖中出現(xiàn)許多干擾信號波和幾何反射信號，造成根部缺陷難以識別和評判。最后通過重掃，并結(jié)合射線檢測及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，保證了根焊缺陷評判結(jié)果準(zhǔn)確，也積累了全自動(dòng)超聲波檢測評圖經(jīng)驗(yàn)。判圖人員應(yīng)對根部通道、TOFD通道和體積通道帶狀圖信號有效識別，并結(jié)合試塊校準(zhǔn)圖進(jìn)行綜合分析，以正確評判根部焊接質(zhì)量。

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作者簡介：張金光，1975年生，本科，一級建造師/無損檢測高級檢測師, 現(xiàn)主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測工作。聯(lián)系方式：16501190008，2056229127@qq.com。