全自動超聲檢測的工藝評定

， ，，， ，

(1.中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司, 廊坊 065000； 2.中國石油管道局工程有限公司第四分公司, 廊坊 065000； 3.中油管道物資裝備有限公司, 廊坊 065000；4.廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司, 廊坊 065000)

全自動超聲檢測的工藝評定

周廣言1，鄭娜2，劉全利1，呂新昱1，趙杰3，姚志峰4

(1.中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司, 廊坊 065000； 2.中國石油管道局工程有限公司第四分公司, 廊坊 065000； 3.中油管道物資裝備有限公司, 廊坊 065000；4.廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司, 廊坊 065000)

由于全自動超聲檢測(AUT)工藝在檢測質(zhì)量控制環(huán)節(jié)起了重要的作用，而AUT檢測工藝的可靠性直接關(guān)系到環(huán)焊縫的檢測質(zhì)量。通過對AUT工藝評定方法的研究和對實際案例的分析，得出了一套完整的缺陷檢出率(POD)計算方法和AUT工藝評定體系，可以為AUT檢測人員提供參考。

全自動超聲檢測；工藝評定；缺陷檢出率

目前，油氣長輸管道正在向高鋼級、大口徑、大壁厚方向快速發(fā)展，對管道環(huán)焊縫的質(zhì)量和焊接施工技術(shù)要求也就更高。傳統(tǒng)手工焊接方法已不能滿足現(xiàn)代管道發(fā)展的需求，正逐漸被全自動焊接方法所取代。同樣，傳統(tǒng)射線檢測技術(shù)(RT)已不能滿足全自動焊焊縫檢測的要求，與全自動焊相匹配的全自動超聲檢測(AUT)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。為了更好地保證AUT的檢測質(zhì)量，利用AUT工藝評定體系評價AUT檢測工藝的可靠性就顯得尤為重要。

筆者通過對AUT工藝評定方法的研究和對實際案例的分析，得出了一套完整的缺陷檢出率(POD)計算方法和AUT工藝評定體系，可以為AUT檢測人員提供參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)體系

殼牌、康菲、斯倫貝謝等國際幾大石油公司在2005年，委托挪威船級社(DNV)編制了AUT工藝評定及認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，DNV于2010年完成了 DNV-RP-F118-2010-10 《鋼制油氣管道環(huán)焊縫全自動超聲檢測工藝評定與認(rèn)證方法》標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對海洋管道制定了AUT工藝評定標(biāo)準(zhǔn)，部分試驗程序與陸地管道有所不同。

為了滿足陸地長輸管道AUT工藝評定的要求，中國石油天然氣管道科學(xué)研究院(以下簡稱研究院)編制了國內(nèi)首個AUT工藝評定文件，明確了AUT工藝評定相關(guān)人員、設(shè)備及評定程序的要求。

2 AUT工藝評定程序

AUT工藝評定是在各類程序文件審核通過的基礎(chǔ)上，設(shè)計加工校準(zhǔn)試塊和測試焊縫的。其通過重復(fù)性試驗、溫度靈敏度試驗和可靠性試驗，得出各類測試數(shù)據(jù)，并利用專用統(tǒng)計方法計算出相應(yīng)的曲線，評判AUT工藝的合格與否。AUT工藝的評定流程[2]如圖1所示。

圖1 AUT工藝評定流程圖

3 測試焊縫

按照審核通過的人工缺陷設(shè)計程序文件，在加工完成的坡口上進(jìn)行人工缺陷的加工。在正式加工前，應(yīng)通過缺陷試制、切片檢測對比，保證按照既定加工方法加工的人工缺陷高度滿足工藝評定的要求。以1 422 mm管道AUT工藝評定試驗為例，共計加工了包括根部未焊透、坡口未熔合、蓋面未熔合、層間未熔合、密集氣孔等7個測試焊縫，共計210個人工缺陷。管道坡口及人工缺陷分布示意如圖2所示。

圖2 管道坡口及人工缺陷分布示意

4 AUT工藝評定試驗

4.1重復(fù)性測試

為了檢驗AUT檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性，需對AUT檢測系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)性試驗。重復(fù)性試驗程序包括對試塊在圓周方向的不同位置進(jìn)行掃查，以及在焊縫上進(jìn)行軌道偏移掃查。重復(fù)性試驗的程序如下所述。

(1) 試驗前應(yīng)用對比試塊(0點位)對AUT系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和校準(zhǔn)，并記錄參考反射體的幅值。

(2) 應(yīng)將對比試塊中心放置于圓周的4個位置(0點位、3點位、6點位、9點位，見圖3)后分別進(jìn)行10次連續(xù)掃查，掃查誤差不大于±2 dB時為合格，否則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]。

圖3 校準(zhǔn)試塊重復(fù)性掃查示意

(3) 對比試塊掃查結(jié)束后應(yīng)在指定的測試焊縫上進(jìn)行偏置掃查，測試焊縫應(yīng)至少包括6個有效缺陷，并且缺陷應(yīng)在不同的分區(qū)。以1 422 mm管道AUT工藝評定為例，軌道偏置掃查缺陷選擇數(shù)量及分布如圖4所示。

圖4 軌道偏置掃查缺陷選擇數(shù)量及分布示意

(4) 在測試焊縫上進(jìn)行偏置掃查時，軌道偏置應(yīng)為±1 mm，偏置掃查應(yīng)連續(xù)掃查3次，缺陷高度誤差不大于±1 mm時為合格。

4.2溫度靈敏度測試

溫度靈敏度測試時，要求加熱/冷卻對比試塊，對比試塊與測試焊縫溫差達(dá)到±10 ℃或業(yè)主認(rèn)可的溫度時，應(yīng)立即進(jìn)行測試焊縫的掃查，缺欠高度掃查的差值不大于±2 dB時為合格。以1 422 mm管道AUT工藝評定為例，將對比試塊溫度降至-30 ℃，測試焊縫選擇與重復(fù)性試驗相同的焊縫，缺陷的選擇與重復(fù)性試驗的缺陷一致，具體程序如下所述。

(1) 首先在校準(zhǔn)試塊上(-30 ℃)校入AUT檢測設(shè)備。

(2) 在未經(jīng)冷卻的測試焊縫上快速掃查。

(3) 在校準(zhǔn)試塊上(-30 ℃)校出AUT檢測設(shè)備。

按照(1)～(3)的程序重復(fù)10次，將選定缺陷的幅值一一記錄并進(jìn)行對比分析。

4.3可靠性測試

可靠性測試程序?qū)Λ@得的全套數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以確立缺陷檢出概率(POD)，POD是缺陷高度的函數(shù)。以95%置信度下90% POD的缺陷高度作為評定指標(biāo)，國外一般以1 mm的缺陷高度作為評定指標(biāo)。可靠性試驗包括AUT檢測、RT檢測、TOFD檢測、水浸超聲檢測和宏觀切片測量，利用以上檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出最終的POD曲線。

可靠性試驗前應(yīng)用對比試塊(0點位)對AUT系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和校準(zhǔn)，并記錄參考反射體的幅值，在每一條人工缺陷焊縫上進(jìn)行順時針和逆時針掃查，在對比試塊上進(jìn)行校出。得到每一條人工焊縫順逆時針掃查的所有缺陷數(shù)據(jù)，包括缺陷位置、缺陷類型、分區(qū)，缺陷的高度、寬度、長度以及反射體最大幅值。

以1 422 mm管道AUT工藝評定為例，通過宏觀切片選擇136個有效人工缺陷，根據(jù)宏觀切片缺陷數(shù)據(jù)和檢測公司可靠性試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所選缺陷的尺寸、數(shù)量及分布應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可靠性試驗選取缺陷分布示意如圖5所示。

圖5 可靠性試驗選取缺陷分布示意

對136組缺陷切片(見圖6)，分別記錄每個缺陷的最大高度及深度。在宏觀切片前，應(yīng)采用AUT檢測設(shè)備對缺陷定位，不應(yīng)采用卷尺定位，以保證每一組選取的缺陷定位準(zhǔn)確。同時，在宏觀切片前應(yīng)制定切片方案，保證切出缺陷的最大高度。

根據(jù)檢測公司的AUT檢測數(shù)據(jù)及宏觀切片數(shù)據(jù)，利用專用POD分析軟件分析，以20%FSH(滿屏高度)作為閾值(檢測幅值高于20%評定為檢出，低于20%評定為未檢出)，依據(jù)統(tǒng)計學(xué)算法，得出可靠性分析POD(缺陷高度-缺陷檢出率)曲線如圖7所示。

圖6 高倍放大鏡下焊縫宏觀切片

圖7 可靠性分析POD曲線

5 結(jié)語

AUT工藝評定是一套科學(xué)的工藝評定方法，通過開展多種檢測方法的對比，根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)計算，得出95%置信區(qū)間下的POD曲線，能夠?qū)z測公司的AUT檢測能力進(jìn)行定量評估。

[1] 薛巖,周廣言，李佳. 油氣管道自動焊AUT與RT檢測技術(shù)對比分析[J].無損檢測,2016,38(11):45-48.

[2] DNV-RP-F118：2010 Pipe girth weld AUT system qualification and project specific procedure validation[S].

[3] CDP-G-OGP-OP-088-2016-1 油氣管道環(huán)焊縫全自動超聲檢測技術(shù)規(guī)定[S].

AutomaticUltrasonicTestingProcedureQualification

ZHOU Guangyan1, ZHENG Na2, LIU Quanli1, LYU Xinyu1, ZHAO Jie3, YAO Zhifeng4

(1.China Petroleum Pipeline Research Institute Co.,Ltd., Langfang 065000, China; 2.No.4 Branch Company of China Petroleum Pipeline Engineering Co.,Ltd., Langfang 065000, China; 3.China Petroleum Pipeline Material and Equipment Company Limited, Langfang 065000, China; 4.China Petroleum Longhui Automation Engineering Co., Ltd., Langfang 065000, China)

AUT detection technology plays an important role in the quality control links of AUT detection. Whether the AUT detection is reliable or not shall directly affect the detection quality of circumferential weld. This paper proposed a complete set of defect detection rate (POD) computing method and AUT procedure qualification system by carrying out AUT procedure qualification method research and practical case studies.

AUT; procedure qualification; POD

2017-03-27

周廣言(1986-)，男，本科，工程師，主要從事無損檢測方面的科技研發(fā)及技術(shù)服務(wù)工作

周廣言,408058196@qq.com

10.11973/wsjc201711014

TG115.28

A

1000-6656(2017)11-0062-03