全自動超聲檢測的工藝評定

目前，油氣長輸管道正在向高鋼級、大口徑、大壁厚方向快速發展，對管道環焊縫的質量和焊接施工技術要求也就更高。傳統手工焊接方法已不能滿足現代管道發展的需求，正逐漸被全自動焊接方法所取代。同樣，傳統射線檢測技術(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)技術得到了廣泛的應用。為了更好地保證AUT的檢測質量，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。

中國石油天然氣管道科學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人員通過對AUT工藝評定方法的研究和對實際案例的分析，研究出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。

標準體系

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工藝評定及認證的標準規范，DNV于2010年完成了DNV-RP-F118-2010-10《鋼制油氣管道環焊縫全自動超聲檢測工藝評定與認證方法》標準的編制工作。該標準主要針對海洋管道制定了AUT工藝評定標準，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研究院(以下簡稱研究院)編制了國內首個AUT工藝評定文件，明確了AUT工藝評定相關人員、設備及評定程序的要求。

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上，設計加工校準試塊和測試焊縫的。其通過重復性試驗、溫度靈敏度試驗和可靠性試驗，得出各類測試數據，并利用專用統計方法計算出相應的曲線，評判AUT工藝的合格與否。

AUT工藝評定流程圖

測試焊縫

按照審核通過的人工缺陷設計程序文件，在加工完成的坡口上進行人工缺陷的加工。在正式加工前，應通過缺陷試制、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1422mm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

AUT工藝評定試驗

１　重復性測試

為了檢驗AUT檢測系統的穩定性和重復性，需對AUT檢測系統進行重復性試驗。重復性試驗程序包括對試塊在圓周方向的不同位置進行掃查，以及在焊縫上進行軌道偏移掃查。重復性試驗的程序如下所述：

(1) 試驗前應用對比試塊(0點位)對AUT系統進行設置和校準，并記錄參考反射體的幅值。

(2) 應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，見下圖)后分別進行10次連續掃查，掃查誤差不大于±2dB時為合格，否則應重新進行調節。

校準試塊重復性掃查示意

(3) 對比試塊掃查結束后應在指定的測試焊縫上進行偏置掃查，測試焊縫應至少包括6個有效缺陷，并且缺陷應在不同的分區。以1422mm管道AUT工藝評定為例，軌道偏置掃查缺陷選擇數量及分布如下圖所示。

軌道偏置掃查缺陷選擇數量及分布示意

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

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到±10℃或業主認可的溫度時，應立即進行測試焊縫的掃查，缺欠高度掃查的差值不大于±2dB時為合格。以1422mm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性試驗相同的焊縫，缺陷的選擇與重復性試驗的缺陷一致，具體程序如下所述：

(1) 首先在校準試塊上(-30℃)校入AUT檢測設備。

(2) 在未經冷卻的測試焊縫上快速掃查。

(3) 在校準試塊上(-30℃)校出AUT檢測設備。

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

3　可靠性測試

可靠性測試程序對獲得的全套數據進行統計分析，以確立缺陷檢出概率(POD)，POD是缺陷高度的函數。以95％置信度下90％ POD的缺陷高度作為評定指標，國外一般以1mm的缺陷高度作為評定指標。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，利用以上檢測數據進行對比分析，得出最終的POD曲線。

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

以1422mm管道AUT工藝評定為例，通過宏觀切片選擇136個有效人工缺陷，根據宏觀切片缺陷數據和檢測公司可靠性試驗數據進行分析。所選缺陷的尺寸、數量及分布應滿足相應標準的要求，可靠性試驗選取缺陷分布示意如下圖所示。

可靠性試驗選取缺陷分布示意

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

高倍放大鏡下焊縫宏觀切片

根據檢測公司的AUT檢測數據及宏觀切片數據，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)，依據統計學算法，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  語

AUT工藝評定是一套科學的工藝評定方法，通過開展多種檢測方法的對比，根據測試結果進行統計學計算，得出95％置信區間下的POD曲線，能夠對檢測公司的AUT檢測能力進行定量評估。

本文作者：周廣言，中國石油天然氣管道科學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及技術服務工作。

節選自《無損檢測》2017年第39卷第11期