海底管道無損檢測技術評定的破壞性試驗

(海洋石油工程股份有限公司，天 津 300452)

根據DNVGL(挪威船級社)和API(美國石油協會)海底管道相關標準的要求，應用于海底管道環焊縫檢測的無損檢測方法，如全自動超聲波檢測法(AUT)，衍射時差法(TOFD)，相控陣超聲檢測(PAUT)法等都要經過評定，在確定其可靠性后才能投入工程中使用。在評定過程中，缺欠的真實特征，包括缺欠的類型、位置、高度、深度、長度等，需要從破壞性試驗中獲得，考慮到缺欠制作的成本較高，周期較長，每一個缺欠都有很高的價值。筆者在眾多海底管道環焊縫無損檢測技術評定破壞性試驗的基礎上，針對試驗的具體方法和步驟進行了探討與研究，給出了具體的建議及實踐方法。

1 缺欠的選擇

進行破壞性試驗的缺欠應符合無損檢測技術評定相關文件的要求，并與業主以及第三方機構形成約定，文章針對缺欠的破壞性試驗過程及技術要求進行了討論。

2 缺欠的定位及標記

缺欠的定位是非常關鍵的一環，原則上缺欠的定位和標記應位于缺欠特征信號最為顯著的位置。對于基于波幅法的超聲檢測技術，如AUT、PAUT等應標記缺欠信號最高波的位置，此時應當使用設備的A型顯示和移動信號的發射及接收裝置來尋找最高波，如果缺欠信號飽和(超出屏幕顯示)，應降低缺欠信號的波幅高度，低于滿屏顯示后尋找最高波，如有必要，重復上述步驟，直至最終確定缺欠的最高波位置，并永久性標記該位置。對于基于非波幅法的檢測技術，如TOFD，應當標記缺欠高度最大的位置(或者約定的位置)，如圖1中的D線(圖中，MS為宏觀刨面，JOX為試驗件編號；X為缺陷編號；1，2，3為切片編號；US為上游；DS為下游)，為了跟蹤缺欠及切片，還應標記：掃查方向、試件的上游及下游(也可以根據技術及工藝的不同標記不同的符號)和缺欠的編號。

圖1 切片加工及標記示意

3 缺欠的切片及標記

缺欠的破壞性試驗采用橫切面的方法。根據DNVGL-ST-F101 2017《海底管道系統》的要求，機加工的間隔是2 mm，3號切片的厚度為13 mm，1號及2號切片的厚度為2 mm。切片的步驟如下所述。

(1) 將試件加工成-50 mm(上游)～+50 mm(下游)的圓環。

(2) 按照圖1的標識，在-10 mm(A線)以及+15 mm(B線)的位置橫切，將缺欠所在的部分整體取出。

(3) 按照C，D，E的順序進行切片。

(4) 使用永久性標記手段在切片上標記信息，標記切片信息的一面應該是與掃查方向一致的第一個切面，如1號切片C線所在的一面，2號切片標記在D線所在的一面，信息至少要包含如下內容：① 焊縫編號；② 缺欠編號；③ 切片編號；④ 上下游(或其他要求的用于辨別缺欠位置的信息)；⑤ 掃查方向。

4 切片的處理

切片完成后，不能分辨出焊縫及熱影響區等，需要進一步加工，主要包括拋光及酸蝕。拋光可以使用機械或者手動拋光，達到800 目的拋光級別，然后使用質量分數為3%的硝酸酒精對標記的切片面進行酸蝕，酸蝕完成后應馬上除去多余的硝酸酒精并進行干燥，此時焊縫部分、熱影響區、缺欠、母材等應清晰可見，切片成品及測量方法示例如圖2所示。

圖2 切片成品及測量方法示例

5 缺欠的測量及報告

切片制作完成后，缺欠測量前應使用照片記錄，照片的放大倍數為5～10倍，照片記錄時應使用標尺標記缺欠，以便后續的缺欠測量。缺欠測量時應注意，缺欠深度測量的下基準線應當以缺欠的上部為參考，由于管子的橢圓度等問題造成的焊縫兩側母材垂直高度差異是普遍存在的，所以上基準線應當以缺欠所在位置(上游/下游)的管外表面為參考，即，上游(下游)的缺欠深度測量以上游(下游)管外表面為上基準線。缺欠測量方法示例如圖3所示，在切片1中缺欠的深度應為D1=8 mm。

圖3 缺欠測量方法示例

測量缺欠的高度時，應測量缺欠各個切片顯示的最高點及最低點，以顯示的高度最大的切片作為確定缺欠高度的切片，切片1的最高點及最低點分別為D1=8 mm，D2=10 mm，高度H1=2 mm，切片2的最高點及最低點分別為D3=7.5 mm，D4=9 mm，高度H2=1.5 mm，所以應當以切片1顯示的高度作為缺欠的高度H=H1=2 mm。

6 切片的保存

每一個處理完的切片應用機油等輕油脂進行防腐處理，并封裝保存。

7 結語

隨著仿真軟件的發展，以及數據建模分析及方法的不斷完善，海底管道無損檢測技術評定缺欠特征已經可以從類似的模型間接轉換獲得，或者完全使用模擬軟件模擬獲得。雖然破壞性試驗過程復雜，成本較高，但仍然是海底管道無損檢測技術評定獲得缺欠真實特征最直接、最可靠的方法。所闡述的破壞性試驗方法具有較強的可操作性及可靠性，在一系列的海底管線項目得到了驗證，為類似的項目提供了借鑒。