PAUT檢驗技術在海洋平臺建造質控中的應用現狀及發展

趙先永，史云龍，朱映

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

相比較于四項常規無損檢測技術而言，PAUT（相控陣超聲波檢驗）技術通過單片機的嵌入式程序設計，可達成針對不同工況下的不同參數（角度、掃查方向、聚焦深度、焦點尺寸等）相關信息的獲取，同時相控陣組合系統能夠記錄和保存檢測過程的所有信息數據，達成更高的缺陷檢出率、檢測精度及可靠性。在海洋石油工程建造領域中，PAUT主要應用于平臺建造環節中的焊接作業質量監控環節，并通過遵循相應的標準規范及嚴格落實公司的體系規定，達成整體作業成果的質量安全[1]。

整體來講，雖然工業線控陣技術已發展逾20年，在海洋石油工程建設領域中的發展潛力仍舊巨大。目前，阻滯PAUT應用推廣的主要障礙為關鍵標準規范對PAUT技術應用范例范圍過窄，未進入標準要求的工況無法通過驗證。因此，在目前的平臺建設建造領域中，應積極推廣國內適用標準的廣泛性及可靠性，充分發揮工業相控陣超聲檢測技術的潛力，達成整體作業工效的進一步優化[2]。

1 PAUT在海洋石油工程建造中的應用現狀

海洋石油工程建造領域中，為達成作業質量目標，需要對焊接作業后的系統進行無損探傷檢測。在傳統的無損檢測中往往無法對焊接質量達成全面高效迅捷的確定，或造成缺陷的遺漏或時間效益的損失。目前，超聲相控陣檢測工具，現已廣泛應用于國內外海洋平臺建造領域中。在具體的作業環節中，按照相應國際標準規范將作業人員分為三類，且所有人員均應遵從ISO 9712的要求，如表1所示[3]。

表1 PAUT 作業參考標準規范

超聲相控陣無損檢測作業的應用同類型與先前的超聲無損檢測手段，因此其技術的應用程序部分同類型于超聲檢驗，PAUT檢驗程序與RT（超聲檢驗）時機一致，為焊后48小時進行。

進行檢測前，需要確定PAUT所適用的焊接接頭形式。針對于不同母材及焊縫材料的焊接工件、不同焊縫形式及母材厚度，應按標準選擇對應的PAUT接頭以獲得最佳的作業檢測效果。在海洋平臺建造領域中，主要采用碳鋼、低合金鋼與不銹鋼為母材及焊接材料。

PAUT檢驗準備及執行步驟如圖1所示。應注意的是，負責數據采集與數據分析的人員資質要求不同，前者需要UT二級/PAUT二級，后者需要UT二級/PAUT三級，并同時具備檢測作業經驗。

圖1 PAUT 檢驗步驟示意圖

在PAUT檢測結束并出具報告時，檢測報告電子版應當具備上述所有步驟的信息與海洋平臺工程建造信息系統匹配。當出現需求信息操作人員需要針對PAUT設備系統的內部代碼進行編譯時，該人員應為PAUT監督（具備UT三級/PAUT二級證書）或具備程序編寫經驗的持有三級PAUT證書的人員進行。

2 相關標準規范的發展及應用

ASME標準是最早對PAUT無損檢測技術進行規范的體系。其在2010年版的ASME BPVC中將PAUT技術定義為計算機成像技術，并確定了相控陣不同掃查形式（手工式與編碼控制式，目前主流應用均采用后者）。該標準要求了楔塊的補償校準操作方式及設備工具的應用方法，但對具體操作工藝沒有詳細要求。

ASTM標準更傾向于對PAUT無損檢測的硬件設備及具體應用于焊縫檢測時對操作人員的具體手法進行準定。該體系對檢測設備主要硬件（晶片、系統、控制器、楔塊及對應的作業參數）的校準及適用性進行了規范，并對工作人員指出了針對于不同類型的焊縫所應采用的掃查方式（ASTM E2700）。總體來說，該標準在定量要求上較少，沒有對檢測等級及質量分級進行說明。

AWS標準更針對于焊縫作業質量的掃查細節相關要求。該體系將相控陣、多探頭/通道系統、自動檢測系統及TOFD系統一同定義為高級超聲系統，并確定了可替代超聲焊縫檢測的形式。同時，該標準給出了一定的具體操作要求及軟件編譯要求。總體來說，該標準補足了先前標準體系中的一定不足，但整體仍更多地落實于小范圍的細節要求上。

英國國防部標準對相控陣的檢測規程進行了要求，并對PAUT結合TOFD技術（衍射時差技術）補充進行了操作規范的說明。該標準問世時間較早，主要對相控陣技術進行了定義，而且整體技術細節脫胎于常規超聲檢測技術，并未對檢測等級及質量分析進行詳細要求。

ISO標準是當前最為詳細且全面的全球通用的PAUT操作標準。其對采用不同材質的母材及焊縫所應選用的具體作業細節進行了說明，并就檢測結果給出的量化值給出了定量的標準，并基于此出具了檢測等級的要求。同時，該標準對檢測區域的劃分進行了明確說明，對于不同工件工況的檢測方式標準也進行了說明。整體來講，ISO 13588標準較為全面地闡明了超聲相控陣技術在焊接質量檢測中的應用方式，對檢測人員的資質提出了要求，對標準參考試塊的規定進行了說明，但對后期的數據分析及缺陷情況的定量分析探討的內容不多。

3 PAUT技術在海上平臺建造過程應用展望

在海洋平臺工程建造中焊接質量檢測環節中，除去管道壁厚檢測及壓力容器的焊接質量標準可直接參考上述規范要求外[4]，在涉及到船舶船體焊接質量控制環節時，需要同時參考相應的船舶相應標準[ABS船體焊縫檢驗規范、DD-SPC-SEMI(HULL)-ST-0003結構焊接與檢驗規范]。

雖然結合船舶類標準與PAUT系列國際標準能夠滿足海洋平臺建造的質控要求，但具體實行時，仍由于標準的限制，僅能將PAUT技術集中在少數幾種焊接作業后的質量檢測環節上，如保溫層工業管道腐蝕檢測[5]。隨著國內外標準體系的進一步規范，后續PAUT檢驗技術在工業檢測上還有更大的應用潛力和價值。

4 結語

隨著時代進步及科技發展，尤其是材料科學、信號控制、數據處理及計算機信息化技術等多種技術在超聲相控陣成像領域中的綜合應用，超聲相控陣檢測技術得以迅速發展，在工業質量檢測領域有更多發揮的空間。在建設我國海洋強國的發展規劃中，海洋石油工程建設項目作為重要的支撐載體，其建設標準和質量正面臨著比以往更為嚴格的考驗。尤其是在關鍵工藝和重要設備設施的檢驗上，海洋石油平臺建設項目不僅要嚴格遵守和執行國家有關質量標準、技術規范和行業準則，而且需要運用科學的檢測方法進行標準化的質量控制。而PAUT技術的發展及應用正在逐漸趨于成熟，未來將會在海洋平臺建造過程中的多種材料檢測、工藝評定和質量控制中發揮更大作用。