張金光 杜思遠(yuǎn) 馬春青

中國(guó)石油天然氣管道局工程有限公司設(shè)備租賃分公司

摘要：環(huán)焊縫根部焊接質(zhì)量是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。以中俄東線大口徑管道CRC坡口為例，采用全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)，再輔以TOFD（超聲波衍射時(shí)差法)和體積通道掃描，通過識(shí)別帶狀圖信號(hào)，對(duì)焊縫根部缺陷進(jìn)行評(píng)判，為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)焊縫根焊；通道；時(shí)間門； 波幅門； 模擬試塊； 全自動(dòng)超聲波檢測(cè)

環(huán)焊縫質(zhì)量關(guān)系油氣管道本體質(zhì)量和安全運(yùn)行，根焊是環(huán)焊縫的關(guān)鍵部位，準(zhǔn)確識(shí)別和評(píng)判根焊缺陷意義重大。中俄東線管道建設(shè)工程在采用CRC全自動(dòng)焊接技術(shù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)開展根焊質(zhì)量評(píng)判工作，為及時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別環(huán)焊縫根焊缺陷，保障后續(xù)焊接作業(yè)質(zhì)量和工程建設(shè)順利進(jìn)行發(fā)揮了重要作用。

1  全自動(dòng)超聲波檢測(cè)概述

全自動(dòng)超聲波檢測(cè)根據(jù)焊縫坡口分區(qū)，由電子系統(tǒng)控制相控陣探頭對(duì)各分區(qū)進(jìn)行掃查，每個(gè)分區(qū)都有相對(duì)應(yīng)的聚焦通道用以檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果以雙門帶狀圖顯示，再輔以TOFD（超聲波衍射時(shí)差法）和體積通道掃描功能進(jìn)行檢測(cè)。通道是一個(gè)陣元超聲波束的剖面數(shù)，一個(gè)陣元對(duì)應(yīng)一個(gè)通道，以避免由相鄰的幾何反射體所造成的干擾信號(hào)及相鄰波束的過度重疊。根焊檢測(cè)一般采用一次波掃描根部通道，以PE模式（超聲波束自發(fā)自收）或PC模式（超聲波束一發(fā)一收），超聲波束全覆蓋整個(gè)根部區(qū)域，波束應(yīng)垂直于根焊區(qū)坡口入射并在根焊區(qū)坡口聚焦，同時(shí)由根部體積通道檢測(cè)對(duì)體積性缺陷進(jìn)行識(shí)別。根部體積通道可采用40°～70°的一次波進(jìn)行掃描，不應(yīng)采用聚焦波束。

全自動(dòng)超聲波掃查圖分為上游通道、上游體積通道、上游根部體積通道、TOFD通道、下游根部體積通道、下游體積通道、下游通道帶狀圖，主要對(duì)各通道檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并據(jù)此評(píng)判根焊缺陷情況。

2  環(huán)焊縫坡口及模擬試塊

（1）環(huán)焊縫坡口形式。全自動(dòng)超聲波檢測(cè)一般根據(jù)待檢測(cè)焊縫的坡口形式、壁厚等參數(shù)，在壁厚方向?qū)⒑缚p分為2 mm～3 mm高的分區(qū)，按照焊縫檢測(cè)工藝模擬試塊坡口分區(qū)。中俄東線某段管徑為1219 mm，壁厚18.4 mm，環(huán)焊縫CRC坡口形式如圖 1所示，根部坡口角度37.5°，高度1.6 mm，鈍邊高度1.1 mm。

圖 1 中俄東線1219 mm管道CRC坡口示意圖（壁厚18.4 mm）

（2）模擬試塊根部標(biāo)準(zhǔn)反射體設(shè)置。模擬含有根部缺陷的試塊用以驗(yàn)證檢測(cè)工藝。根部標(biāo)準(zhǔn)反射體與根部坡口角度一致，當(dāng)根部高度不大于2 mm時(shí)，應(yīng)選用垂直高度不大于1 mm的方槽或尖角槽。本次采用高1 mm、寬1 mm、長(zhǎng)10 mm的方槽作為根部標(biāo)準(zhǔn)反射體。根部探頭對(duì)應(yīng)發(fā)射角度為52.5°的根部熔合線上的反射體。時(shí)間門用來(lái)設(shè)定超聲波掃查范圍，濾掉指定區(qū)域以外的反射信號(hào)，波幅門在時(shí)間門范圍內(nèi)采集波幅信號(hào)。時(shí)間門通常為熔合線前4 mm～5 mm，但是要延伸到根部底面遠(yuǎn)側(cè)端部，波幅門通常設(shè)置在熔合線前4 mm～5 mm、中心線后1 mm。當(dāng)沒有反射體信號(hào)或者信號(hào)在時(shí)間門外顯示，可提示檢測(cè)人員對(duì)導(dǎo)軌不正、錯(cuò)邊和波幅門的虛假信號(hào)進(jìn)行判定等，用來(lái)監(jiān)控導(dǎo)軌位置是否正確。

3  根焊檢測(cè)信號(hào)及判別方法

（1）帶狀圖任一側(cè)兩個(gè)時(shí)間門信號(hào)不同但連續(xù)。一個(gè)原因是導(dǎo)軌不正，造成信號(hào)在時(shí)間門連續(xù)的輕微改變。再一個(gè)原因是導(dǎo)軌距離焊縫中心線沒有精確到200 mm，可能在焊接前沒用劃線器劃線。如果任一側(cè)的時(shí)間門誤差大于正負(fù)1 mm，將被要求重新固定導(dǎo)軌重新掃描， 這種差別可以通過根部體積通道掃描進(jìn)行監(jiān)控。

（2）焊道兩邊上下游時(shí)間門信號(hào)不同，可能原因是焊道有分支或焊道成形不良。焊道成形不良通常在鈍邊通道也有相應(yīng)的幾何反射信號(hào)。如圖 2所示，鈍邊總是垂直的，鈍邊通道如果采用PE模式，該通道的超聲波束容易打在根部幾何反射體上，一般結(jié)合兩側(cè)的鈍邊通道反射信號(hào)，根部通道和在時(shí)間閘門的位置進(jìn)行判定，紅藍(lán)標(biāo)尺線之間根部通道時(shí)間門較長(zhǎng)，鈍邊通道顯示偽像波幅信號(hào)，這就是根部的幾何反射信號(hào)。

圖 2 下游鈍邊通道顯示的根部幾何信號(hào)示例

（3）在同一側(cè)的帶狀圖時(shí)間門不同或者出現(xiàn)跳門。一個(gè)可能原因是錯(cuò)邊。錯(cuò)邊雖不評(píng)為缺陷，但必須要正確判定為錯(cuò)邊。一般通過檢查TOFD通道底面波的分叉現(xiàn)象，錯(cuò)邊處顯示雙底面波形等。

4  超過波幅門信號(hào)的識(shí)別及判定

（1）一個(gè)超過波幅閘門的根部信號(hào)（波幅信號(hào)從綠變紅），首先要檢查信號(hào)處于時(shí)間門的位置是在熔合線處還是在中心線以外。

（2）檢查相應(yīng)的根部體積通道，驗(yàn)證或者確認(rèn)這個(gè)反射信號(hào)，一個(gè)相關(guān)的信號(hào)也可能在對(duì)側(cè)根部體積通道顯示，即上游偏離時(shí)間門中心的信號(hào)有可能在下游側(cè)體積通道顯示出來(lái)，反之下游側(cè)偏離時(shí)間門的信號(hào)有可能在上游側(cè)體積通道顯示。

（3）檢查TOFD通道是否是一個(gè)近表面的信號(hào)，從缺陷端點(diǎn)的衍射信號(hào)可能是靠近底面波的不連續(xù)線，但是底面可能掩蓋這個(gè)根部信號(hào)。如圖 3所示，根據(jù)時(shí)間門的長(zhǎng)短可以看出根部、鈍邊、熱焊通道既有根部幾何反射波，又有根部未熔合缺陷信號(hào)。

圖 3 根部通道既有未熔合缺陷信號(hào)又有幾何反射信號(hào)

（4）如果出現(xiàn)根部多通道信號(hào)，要檢查TOFD 底面波信號(hào)判斷是否有根部開口缺陷或裂紋。

（5）如果反射信號(hào)出現(xiàn)在閘門位中間，可能是坡口未熔合，通常信號(hào)連續(xù)、波幅較大、有一定長(zhǎng)度。如果鈍邊通道也能觀察到相關(guān)信號(hào)顯示，則可能是根部斷弧、根部未熔合、根部裂紋、錯(cuò)邊等等。如圖 4紅藍(lán)線之間，從帶狀圖閘門位置和根部體積通道很明顯看出這是一個(gè)根部未熔合缺陷。

圖 4 根部未熔合缺陷

5  結(jié)語(yǔ)

經(jīng)采用全自動(dòng)超聲波檢測(cè)，中俄東線某段1219 mm大口徑管道建設(shè)工程單日檢測(cè)焊口超過75道，一次合格率高達(dá)97.5%，檢測(cè)時(shí)效大大提高。在工程初期全自動(dòng)超聲波檢測(cè)過程中，檢測(cè)準(zhǔn)備、導(dǎo)軌安裝、試塊校準(zhǔn)等方面還不夠熟練精確，掃查圖中出現(xiàn)許多干擾信號(hào)波和幾何反射信號(hào)，造成根部缺陷難以識(shí)別和評(píng)判。最后通過重掃，并結(jié)合射線檢測(cè)及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，保證了根焊缺陷評(píng)判結(jié)果準(zhǔn)確，也積累了全自動(dòng)超聲波檢測(cè)評(píng)圖經(jīng)驗(yàn)。判圖人員應(yīng)對(duì)根部通道、TOFD通道和體積通道帶狀圖信號(hào)有效識(shí)別，并結(jié)合試塊校準(zhǔn)圖進(jìn)行綜合分析，以正確評(píng)判根部焊接質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：張金光，1975年生，本科，一級(jí)建造師/無(wú)損檢測(cè)高級(jí)檢測(cè)師, 現(xiàn)主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作。聯(lián)系方式：16501190008，2056229127@qq.com。