耐腐蝕合金復合材料海底管道環焊縫各區域全自動超聲波檢測

裴　彪，徐　振，常　宇

(海洋石油工程股份有限公司檢驗公司, 天津 300452)

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耐腐蝕合金復合材料海底管道環焊縫各區域全自動超聲波檢測

裴彪，徐振，常宇

(海洋石油工程股份有限公司檢驗公司, 天津 300452)

CRA(耐腐蝕合金)復合材料海底管道內表面通常堆焊約3 mm厚的625不銹鋼，該海底管道環焊縫通常采用射線(RT)檢測技術評估焊縫的焊接質量。由于RT檢測效率較低，安全風險較高，極大地影響了CRA復合材料海底管道鋪設效率。針對以上問題，對全自動超聲波(AUT)檢測工藝進行研究，主要通過綜合運用低頻縱波相控陣(PA)探頭，爬波探頭、雙晶縱波相控陣(TRL)探頭以及超聲衍射時差(TOFD)探頭，對制作的22個人工缺陷焊縫(共242個不同區域的人工缺陷)進行評價試驗，并與RT檢測評價結論進行對比分析，以評估該AUT檢測工藝對CRA復合材料海底管道環焊縫各個區域缺陷的檢出率。

CRA復合材料; RT;AUT;TRL探頭;TOFD探頭;缺陷檢出率

隨著海洋深水油氣開發的不斷深入，海底管道需要輸送各種含硫量較高、腐蝕性強的油氣介質，為了提高海底管道的使用壽命，CRA[1](耐腐蝕合金)復合材料海底管道的使用數量不斷增加。由于CRA復合材料海底管道內層通常為堆焊3 mm厚625[1]型不銹鋼，因而該海底管道環焊縫通常采用射線檢測(RT)技術評估焊縫的焊接質量[1]。

筆者運用AUT(全自動超聲檢測)工藝對加工的22個CRA復合材料焊縫缺陷進行評價試驗，以評估該工藝對焊縫不同區域缺陷的檢出能力。

1　AUT檢測工藝

由于CRA復合材料內部堆焊3 mm不銹鋼，因此AUT檢測工藝采用超聲縱波檢測。為了確保覆蓋整個焊縫區域(見圖1)，AUT檢測工藝共設計了4組檢測探頭，包括：一組低頻縱波相控陣探頭、一組爬波探頭、一組TRL(雙晶縱波相控陣)探頭和一組TOFD(超聲衍射時差)探頭[2]。各組探頭超聲波聲束主要覆蓋范圍如表1所示。

圖1　CRA復合材料焊縫示意

探頭名稱主要覆蓋區域低頻縱波PA探頭熱焊和填充區域爬波探頭蓋面區域TRL探頭根部區域TOFD探頭焊縫區域

2　工藝評定試驗

2.1試件準備

根據AUT檢測工藝評定要求，制作了9個管徑為273.1 mm、壁厚為18.9 mm和13個管徑為219.1 mm、壁厚為14.1 mm的CRA復合材料管道，并在焊縫的各個分區(包括：根部區域、鈍邊區域、熱影響區域、填充區域、蓋面區域等)加工了242個高度從0.8～2.5 mm不等的各種類型(包括：未焊透、側壁未熔合、層間未熔合等)標準人工缺陷[1]。

分別加工了1個管徑273.1 mm、壁厚18.9 mm的CRA校準試塊和1個管徑219.1 mm、壁厚14.1 mm的CRA復合材料校準試塊。

2.2AUT系統調試和校準

利用CRA復合材料參考試塊上的各個人工反射體，校準AUT檢測系統，確保各個探頭、各個通道靈敏度達到最佳狀態[1]。

AUT檢測系統校準如圖2所示。

圖2　AUT檢測系統校準示意

2.3RT評定試驗

運用傳統RT檢測工藝將試驗設計加工的9個管徑為273.1 mm、壁厚為18.9 mm和13個管徑為219.1 mm、壁厚為14.1 mm，共22個CRA管道焊縫逐一進行檢測，并對RT底片進行數據評定。

部分CRA復合材料試驗焊縫RT檢測數據如表2所示。

表2　部分試驗焊縫RT檢測數據

由表2可知：在編號為W01,W07,W15的CRA復合材料試驗焊縫的根部、填充、蓋面等區域分別加工了16個高度為0.8～2.5 mm的人工缺陷,采用常規RT檢測工藝，能檢出3個CRA試驗焊縫的全部人工缺陷。

2.4AUT評定試驗

根據AUT檢測工藝要求，運用已經校準完成的AUT檢測系統對9個管徑273.1 mm、壁厚18.9 mm和13個管徑219.1 mm、壁厚14.1 mm的CRA復合材料管道焊縫進行掃查，并對相應的掃查圖形進行數據評定。

部分CRA試驗焊縫檢測數據如表3所示。

由表3可知,在編號為W01,W07,W15的CRA復合材料試驗焊縫的根部、填充、蓋面等區域分別加工了16個高度為0.8～2.5 mm的人工缺陷，采用AUT檢測工藝，能檢出3個CRA試驗焊縫的全部人工缺陷。

3　數據對比分析

對比分析AUT檢測工藝與RT檢測工藝在CRA復合材料試驗焊縫中對各種類型缺陷的檢出能力，分析數據如表4所示。

表3　部分試驗焊縫AUT檢測數據

表4　AUT和RT檢出能力分析

由表4可知：在編號為W01,W07,W15的CRA試驗焊縫的根部、填充、蓋面等區域分別加工了16個高度為0.8～2.5 mm的人工缺陷,采用常規RT檢測工藝能檢出CRA試驗焊縫中的全部人工缺陷，隨后運用AUT檢測工藝進行掃查試驗，并對掃查圖形進行數據評定，發現編號為W01,W07,W15的試驗焊縫中加工的48個人工缺陷全部檢出。

4　結論

針對CRA復合材料海底管道環焊縫，開發了一套AUT檢測工藝，主要通過綜合運用低頻縱波PA探頭，爬波探頭、TRL探頭以及TOFD探頭同時激發超聲波，確保超聲波聲束能夠完全覆蓋CRA焊縫的整個焊縫區域，同時根據CRA焊縫的焊接工藝及易產生的缺陷類型，設計加工了相應的AUT校準試塊，和22個CRA人工缺陷焊縫(共242個不同區域，缺陷高度0.8～2.5 mm的人工缺陷)進行評價試驗，并與RT檢測工藝評價結論進行對比分析。

列舉了3個典型CRA焊縫(W01,W07,W09,共48個人工缺陷)的RT檢測數據和AUT工藝檢測數據,經過綜合評定RT底片和AUT掃查圖，試驗數據表明：采用該AUT檢測工藝，能檢出3個典型CRA焊縫共48個不同區域，不同高度的全部人工缺陷。因此，對于CRA焊縫，該AUT檢測工藝的檢出率滿足試驗要求，能夠應用于CRA復合材料海底管道環焊縫的檢測中。CRA復合材料AUT 檢測工藝的應用，不僅能降低作業安全風險，還為提升海底管線鋪設效率提供了可靠保障。

[1]DNV-OS-F101海底管線系統[S].

[2]陳亮，孫曉明，尤衛宏.海底管線AUT分區法缺陷高度定量測量修正方法[J].無損檢測，2014,36(7):81-84.

AUT of Weld Zones of the Girth Welds in the CRA Composite Subsea Pipeline

PEI Biao, XU Zhen, CHANG Yu

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Inspection Company, Tianjin 300452, China)

The inner surface of the CRA composite subsea pipe is always overlaid by 3 mm stainless steel. RT is the normal inspection method of the girth weld. Due to the low efficiency and high risk of RT, the CRA pipe-laying efficiency will pull down. This essay makes a research of the AUT technique focusing on performing the evaluation test on the 22 defective welds (242 induced defects located in different area) by the combination of the low frequency LW PA probes, creep probes, TRL probes and TOFD probes, so as to evaluate the POD of individual area in the CRA girth weld.

CRA composite; RT; AUT; TRL probe; TOFD probe; POD

2016-04-07

裴彪(1987-),男，工程師，主要從事海底管線質量控制及NDT技術應用工作。

裴彪， E-mail: yimignet@163.com。

10.11973/wsjc201609012

TG115.28

A

1000-6656(2016)09-0046-03