海底管道AUT檢驗工藝評價方法研究

裴彪等

摘要：海底管道AUT檢驗工藝是以焊縫區域劃分為基礎，通過A-scan帶狀圖的波幅和時間顯示，參考相應的體積通道，MAP通道和TOFD通道的B-scan顯示，以評定焊縫的焊接質量。目前，常規海底管道環焊縫的AUT檢測工藝的驗收標準是參照WORKMAN SHIP和ECA（工程臨界評價）執行，因此，焊縫AUT檢驗工藝的穩定性、可靠性和高度定量精度顯得尤為重要。本文通過進行AUT系統的重復性試驗、溫度靈敏度試驗、可靠性試驗以及對比分析AUT檢測系統對缺陷高度定量和SALAMI宏觀切片試驗數據，以評價海底管道環焊縫AUT檢驗工藝。

關鍵詞：AUT，區域劃分檢測法， A-scan，帶狀圖，B-scan，WORKMAN SHIP， ECA

引言

目前，最常用的海底管道環焊縫的檢測方法為AUT檢測，并且常規的AUT檢驗驗收標準為WORKMAN SHIP[1]和ECA[1，3]（工程臨界評價）。他們是根據缺陷的高度和缺陷的長度綜合評價焊縫的焊接質量。因此，為了更加精確的評定海底管道焊縫的焊接質量，AUT檢驗系統的測高和測長精度變得尤為重要。

本文根據一系列AUT系統綜合性能測試試驗，并對比分析AUT檢驗和SALAMI[1]宏觀切片方法，最終評價海底管道環焊縫AUT檢驗工藝的可靠性。

1.試驗焊縫

在管料坡口位置按照設計人工缺陷規格加工深度為1mm的槽，然后，在槽內放置相應尺寸的鋸條再進行焊接，經過SALAMI切片對比，確定此法加工的人工缺陷滿足工藝評定研究精度要求。本次AUT檢測工藝評定試驗總共加工了包括根部未焊透、側壁未熔合、蓋面未熔合、層間未熔合、密集氣孔、夾渣等88個試驗焊縫共440個人工缺陷。

2.工藝評定試驗

2.1. AUT系統重復性試驗

AUT檢測工藝研究時，為了驗證AUT檢測系統的穩定性以及重復掃查各個通道的dB值偏差在可接收的范圍內（2dB[1，3]），需要對AUT系統進行一系列的重復性試驗[1，3]確保系統的可重復性。

首先在J型試塊上進行一次標準的初始掃查作為試驗基準，隨后將試塊中心線放置在12點鐘位置進行10次連續掃查，將設置中每個區域dB值一一記錄并與基準掃查參數進行對比。

然后將試塊中心線放置在6點鐘位置進行10次連續掃查，將設置中每個區域dB值一一記錄并與基準掃查參數進行對比。

通過對比，重復性試驗中各個通道靈敏度誤差最大為1.3dB，滿足標準不超過2dB的要求，符合可重復性工藝要求[1，3]。

2.2. 溫度靈敏度試驗

在溫度靈敏度試驗[1，3]中，首先對校準試塊進行一次標準的初始掃查作為試驗基準，隨后在常溫的試驗焊縫上進行一次掃查，然后將試驗焊縫加熱到70℃進行一次掃查，在四分鐘之內掃查一次校準試塊并快速掃查一次加熱到70℃的焊縫，如此重復15次，將試驗焊縫中各個缺陷的信號幅值一一記錄并進行對比分析。

通過對比，溫度靈敏度試驗中各個缺陷靈敏度誤差最大為1.94dB，滿足標準不超過2dB的要求，符合溫度靈敏度[1，3]工藝要求。

2.3. 可靠性試驗

在重復性試驗以及溫度靈敏度試驗完成后，需要對所有加工的88個試驗焊縫440個人工缺陷進行可靠性掃查[1，3]。并將每個缺陷位置，指示長度，分區高度，缺陷類型一一進行記錄，并與宏觀切片數據進行一一對比分析，以評價AUT檢測工藝。

可靠性掃查中首先進行一次標準的試塊初始掃查，然后按照順時針方向掃查試驗焊縫，再進行一次試塊掃查，隨后按照逆時針方向掃查試驗焊縫，最后進行一次試塊掃查即可完成一次可靠性掃查。

3.破壞性試驗

當所有的AUT掃查試驗完成之后，為了更加精確的評估AUT檢驗工藝[2，4]，將所有選定的缺陷進行宏觀切片試驗。

4.數據對比分析

由于在焊縫中設計的缺陷的高度[1，3]和可能在焊接完成后發生變化，因此，在所有試驗焊縫的掃查完成之后，對相應的缺陷進行一一的宏觀切片（SALAMI切片法），以確定焊接完成后缺陷的實際高度。部分對比分析數據如下表2所示：

由表2的數據得知，與缺陷的SALAMI宏觀切片數據對比，AUT檢驗工藝對根部缺陷高度的定量精度誤差最大為0.5mm，對層間缺陷高度定量精度誤差最大為1.1mm，對蓋面缺陷高度定量精度誤差最大為0.5mm。

5.結論

本文通過對AUT檢測工藝進行重復性試驗、溫度靈敏度試驗和可靠性試驗，發現重復性試驗中AUT各個通道靈敏度誤差最大為1.3dB，溫度靈敏度試驗中最大誤差為1.94dB；并經過宏觀切片數據與AUT檢測工藝評定數據進行對比分析，發現AUT檢測工藝高度定量精度誤差最大為1.1mm，對海底管線環焊縫的焊接質量評定具有很好的指導作用，并大大提升了AUT檢測工藝的置信水平。

參考文獻：

[1]DNV-OS-F101 海底管線系統[S].2012

[2]黃晶.超聲相控陣理論及其在海洋平臺結構焊縫缺陷檢測中的應用研究[D].上海交通大學，2005，1

[3]SAIPEM. Automated ultrasonic testing of pipeline[R].Girth Welds[M]， September 2001.

[4]E.A Ginzel. Phased Arrays and Mechanized Ultrasonic Testing[M]， Canada，2008.