全自動(dòng)超聲檢測的工藝評(píng)定

目前，油氣長輸管道正在向高鋼級(jí)、大口徑、大壁厚方向快速發(fā)展，對(duì)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(dòng)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(dòng)焊焊縫檢測的要求，與全自動(dòng)焊相匹配的全自動(dòng)超聲檢測(AUT)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。為了更好地保證AUT的檢測質(zhì)量，利用AUT工藝評(píng)定體系評(píng)價(jià)AUT檢測工藝的可靠性就顯得尤為重要。

中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司和中國石油管道局工程有限公司第四分公司的技術(shù)人員通過對(duì)AUT工藝評(píng)定方法的研究和對(duì)實(shí)際案例的分析，研究出一套完整的缺陷檢出率(POD)計(jì)算方法和AUT工藝評(píng)定體系，可以為AUT檢測人員提供參考。

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(jí)社(DNV)編制了AUT工藝評(píng)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(dòng)超聲檢測工藝評(píng)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(duì)海洋管道制定了AUT工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，部分試驗(yàn)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(píng)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(gè)AUT工藝評(píng)定文件，明確了AUT工藝評(píng)定相關(guān)人員、設(shè)備及評(píng)定程序的要求。

AUT工藝評(píng)定程序

AUT工藝評(píng)定是在各類程序文件審核通過的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)加工校準(zhǔn)試塊和測試焊縫的。其通過重復(fù)性試驗(yàn)、溫度靈敏度試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)，得出各類測試數(shù)據(jù)，并利用專用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出相應(yīng)的曲線，評(píng)判AUT工藝的合格與否。

AUT工藝評(píng)定流程圖

測試焊縫

按照審核通過的人工缺陷設(shè)計(jì)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(duì)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(píng)定的要求。以1422mm管道AUT工藝評(píng)定試驗(yàn)為例，共計(jì)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(gè)測試焊縫，共計(jì)210個(gè)人工缺陷。

管道坡口及人工缺陷分布示意

AUT工藝評(píng)定試驗(yàn)

１　重復(fù)性測試

為了檢驗(yàn)AUT檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性，需對(duì)AUT檢測系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)。重復(fù)性試驗(yàn)程序包括對(duì)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(yàn)的程序如下所述：

(1) 試驗(yàn)前應(yīng)用對(duì)比試塊(0點(diǎn)位)對(duì)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(duì)比試塊中心放置于圓周的4個(gè)位置(0點(diǎn)位、3點(diǎn)位、6點(diǎn)位、9點(diǎn)位，見下圖)后分別進(jìn)行10次連續(xù)掃查，掃查誤差不大于±2dB時(shí)為合格，否則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)節(jié)。

校準(zhǔn)試塊重復(fù)性掃查示意

(3) 對(duì)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(gè)有效缺陷，并且缺陷應(yīng)在不同的分區(qū)。以1422mm管道AUT工藝評(píng)定為例，軌道偏置掃查缺陷選擇數(shù)量及分布如下圖所示。

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(shí)，軌道偏置應(yīng)為±1mm，偏置掃查應(yīng)連續(xù)掃查3次，缺陷高度誤差不大于±1mm時(shí)為合格。

2　溫度靈敏度測試

溫度靈敏度測試時(shí)，要求加熱/冷卻對(duì)比試塊，對(duì)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(shí)，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±2dB時(shí)為合格。以1422mm管道AUT工藝評(píng)定為例，將對(duì)比試塊溫度降至-30℃，測試焊縫選擇與重復(fù)性試驗(yàn)相同的焊縫，缺陷的選擇與重復(fù)性試驗(yàn)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(duì)比分析。

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(jì)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(píng)定指標(biāo)，國外一般以1mm的缺陷高度作為評(píng)定指標(biāo)。可靠性試驗(yàn)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(duì)比分析，得出最終的POD曲線。

可靠性試驗(yàn)前應(yīng)用對(duì)比試塊(0點(diǎn)位)對(duì)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(shí)針和逆時(shí)針掃查，在對(duì)比試塊上進(jìn)行校出。得到每一條人工焊縫順逆時(shí)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1422mm管道AUT工藝評(píng)定為例，通過宏觀切片選擇136個(gè)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(yàn)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(yàn)選取缺陷分布示意如下圖所示。

可靠性試驗(yàn)選取缺陷分布示意

對(duì)136組缺陷切片(見下圖)，分別記錄每個(gè)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(duì)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(shí)，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。

高倍放大鏡下焊縫宏觀切片

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(píng)定為檢出，低于20％評(píng)定為未檢出)，依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法，得出可靠性分析POD(缺陷高度-缺陷檢出率)曲線如下圖所示。

可靠性分析POD曲線

結(jié)  語

AUT工藝評(píng)定是一套科學(xué)的工藝評(píng)定方法，通過開展多種檢測方法的對(duì)比，根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)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(píng)估。

本文作者：周廣言，中國石油天然氣管道科學(xué)研究院有限公司工程師，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。

節(jié)選自《無損檢測》2017年第39卷第11期