天然氣長輸管線內表面管材焊縫余高對缺欠檢出的影響

陳蘭亮 宋志剛 李 勇 韓 濤

山東泰思特檢測有限公司 山東 淄博 255438

隨著工業生產對檢測效率和可靠性要求的不斷提高，尤其是國家對產品質量和公共安全日益重視，要求超聲檢測更加快速可靠，缺陷的顯示更加直觀，對缺陷的描述更加準確。原有的以A 型顯示手工操作為主的A 型脈沖反射法超聲檢測難以滿足新的需求，因而逐漸發展出基于掃查裝置和位置編碼器的B、C 或D 型超聲成像檢測技術，以及衍射時差法超聲檢測技術（TOFD）和相控陣超聲檢測技術等。其中，相控陣超聲檢測因靈活的聲束組合和快速成像性能得到了越來越多的關注，成為超聲檢測領域的新熱點，并且在各行各業無損檢測領域得到了成功應用。目前，相控陣超聲檢測在天然氣長輸管線中也得到了廣泛應用。

在石油天然氣長輸管線的相控陣檢測中，檢測人員經常會發現螺旋焊縫位置的耦合監控耦合不良，導致評定人員對此處焊縫的相控陣圖譜無法評定，這將導致焊縫漏檢。為此，制作兩塊模擬試塊，在同等條件下進行相控陣檢測，對人工缺陷的檢出進行對比。

1 模擬試塊的制作

制作兩個帶有焊縫的模擬試塊，兩個試塊母材都帶有螺旋焊縫，具體尺寸如下：

1 號模擬試塊管徑規格為1016mm×17.5mm，寬度300mm、長度500mm；內表面母材焊縫打磨至平滑（圖1）。在焊縫兩側熱影響區內順著焊縫方向各開槽深度1mm、寬度1mm、長度100mm 的缺陷，缺陷編號為1、2、3、4；缺陷距離焊縫熔合線位置5mm。

圖1 1 號模擬試塊示意圖

2 號模擬試塊規格為1016mm×17.5mm，寬度300mm、長度500mm；內表面母材焊縫打磨至平滑，內表面母材焊縫未打磨（圖2）。在焊縫兩側熱影響區內順著焊縫方向各開槽深度1mm、寬度1mm、長度100mm 的缺陷，缺陷編號為①②③④；缺陷距離焊縫熔合線位置5mm。

圖2 2 號模擬試塊示意圖

2 對比實驗

《石油天然氣鋼質管道無損檢測》SY/ T 4109- 2020標準規定SPA- B 標準試塊調節相控陣設備，使用探頭規格為5.0- L32- 0.5- 10。設備調校時，保證焊縫達到兩次掃描覆蓋。

分別對1、2 號模擬試塊進行相控陣檢測，掃描圖譜分別見圖3、圖4。由圖3 可見，1 號模擬試塊1、2、3、4 處，缺陷長度顯示、缺陷位置顯示均與實際開槽一致。由圖4 可見，2 號模擬試塊編號③、④處缺陷長度顯示大體與實際開槽一致，而①、②缺陷在丁字縫位置無法顯示。

圖3 1 號模擬試塊相控陣圖譜

圖4 2 號模擬試塊相控陣圖譜

通過上述1、2 號模擬試塊兩幅圖譜對比發現，2 號模擬試塊內表面母材焊縫未打磨位置的耦合監控表現為耦合不良，同時在丁字縫位置焊縫兩側模擬缺陷無法檢出。而1 號模擬試塊內表面母材焊縫經打磨后，相控陣圖譜耦合良好，且模擬缺陷能夠檢出。

3 缺陷漏檢原理分析

通過以上對比實驗，結合相控陣相關知識及理論，對發生缺陷漏檢情況進行分析：相控陣檢測時，超聲波在丁字焊縫處二次波回波方式如圖5 所示，因母材丁字焊縫的余高未打磨平滑，超聲波在余高位置產生了散射，導致二次波無法按照正常路徑進行檢測。

圖5 母材余高未打磨回波路徑

4 結語

綜上所述，在石油天然氣長輸管線的相控陣檢測中，如未將管材丁字縫位置焊縫兩側的丁字縫余高磨平，則會影響相控陣檢測的缺陷檢出，造成對接焊縫漏檢。針對上述情況，建議在天然氣長輸管線焊接對口前，必須將管材丁字縫位置內外表面全部打磨平滑，打磨寬度必須滿足SY/ T 4109- 2020 標準規定的探頭移動區，并且應與管道曲率半徑一致。這樣，在丁字焊縫位置發現的缺陷和定位準確，可保證整個焊縫的相控陣檢測無漏檢。