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(fā)展，對管道環(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(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(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(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，委托挪威船級社(DNV)編制了AUT工藝評定及認(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)焊縫全自動超聲檢測工藝評定與認(rèn)證方法》標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。該標(biāo)準(zhǔn)主要針對海洋管道制定了AUT工藝評定標(biāo)準(zhǔn)，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(xué)研究院(以下簡稱研究院)編制了國內(nèi)首個AUT工藝評定文件，明確了AUT工藝評定相關(guān)人員、設(shè)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(chǔ)上，設(shè)計加工校準(zhǔn)試塊和測試焊縫的。其通過重復(fù)性試驗、溫度靈敏度試驗和可靠性試驗，得出各類測試數(shù)據(jù)，并利用專用統(tǒng)計方法計算出相應(yīng)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(shè)計程序文件，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(fù)性測試

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

(1) 試驗前應(yīng)用對比試塊(0點位)對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(jìn)行10次連續(xù)掃查，掃查誤差不大于±2dB時為合格，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，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(dá)到±10℃或業(yè)主認(rèn)可的溫度時，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(fù)性試驗相同的焊縫，缺陷的選擇與重復(fù)性試驗的缺陷一致，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的缺陷高度作為評定指標(biāo)，國外一般以1mm的缺陷高度作為評定指標(biāo)。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(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出最終的POD曲線。

可靠性試驗前應(yīng)用對比試塊(0點位)對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)行順時針和逆時針掃查，在對比試塊上進(jìn)行校出。得到每一條人工焊縫順逆時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工藝評定為例，通過宏觀切片選擇136個有效人工缺陷，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(yīng)采用AUT檢測設(shè)備對缺陷定位，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，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％評定為檢出，低于20％評定為未檢出)，依據(jù)統(tǒng)計學(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工藝評定是一套科學(xué)的工藝評定方法，通過開展多種檢測方法的對比，根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)計算，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