張金光 杜思遠 馬春青

中國石油天然氣管道局工程有限公司設備租賃分公司

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(xiàn)大口徑管道CRC坡口為例，采用全自動(dòng)超聲波檢測技術(shù)，再輔以TOFD（超聲波衍射時(shí)差法)和體積通道掃描，通過(guò)識別帶狀圖信號，對焊縫根部缺陷進(jìn)行評判，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(mén)； 波幅門(mén)； 模擬試塊； 全自動(dòng)超聲波檢測

環(huán)焊縫質(zhì)量關(guān)系油氣管道本體質(zhì)量和安全運行，根焊是環(huán)焊縫的關(guān)鍵部位，準確識別和評判根焊缺陷意義重大。中俄東線(xiàn)管道建設工程在采用CRC全自動(dòng)焊接技術(shù)基礎上，運用全自動(dòng)超聲波檢測技術(shù)開(kāi)展根焊質(zhì)量評判工作，為及時(shí)準確識別環(huán)焊縫根焊缺陷，保障后續焊接作業(yè)質(zhì)量和工程建設順利進(jìn)行發(fā)揮了重要作用。

1  全自動(dòng)超聲波檢測概述

全自動(dòng)超聲波檢測根據焊縫坡口分區，由電子系統控制相控陣探頭對各分區進(jìn)行掃查，每個(gè)分區都有相對應的聚焦通道用以檢測，檢測結果以雙門(mén)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。通道是一個(gè)陣元超聲波束的剖面數，一個(gè)陣元對應一個(gè)通道，以避免由相鄰的幾何反射體所造成的干擾信號及相鄰波束的過(guò)度重疊。根焊檢測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)根部區域，波束應垂直于根焊區坡口入射并在根焊區坡口聚焦，同時(shí)由根部體積通道檢測對體積性缺陷進(jìn)行識別。根部體積通道可采用40°～70°的一次波進(jìn)行掃描，不應采用聚焦波束。

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，主要對各通道檢測信號進(jìn)行識別并據此評判根焊缺陷情況。

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)超聲波檢測一般根據待檢測焊縫的坡口形式、壁厚等參數，在壁厚方向將焊縫分為2 mm～3 mm高的分區，按照焊縫檢測工藝模擬試塊坡口分區。中俄東線(xiàn)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(xiàn)1219 mm管道CRC坡口示意圖（壁厚18.4 mm）

（2）模擬試塊根部標準反射體設置。模擬含有根部缺陷的試塊用以驗證檢測工藝。根部標準反射體與根部坡口角度一致，當根部高度不大于2 mm時(shí)，應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(cháng)10 mm的方槽作為根部標準反射體。根部探頭對應發(fā)射角度為52.5°的根部熔合線(xiàn)上的反射體。時(shí)間門(mén)用來(lái)設定超聲波掃查范圍，濾掉指定區域以外的反射信號，波幅門(mén)在時(shí)間門(mén)范圍內采集波幅信號。時(shí)間門(mén)通常為熔合線(xiàn)前4 mm～5 mm，但是要延伸到根部底面遠側端部，波幅門(mén)通常設置在熔合線(xiàn)前4 mm～5 mm、中心線(xiàn)后1 mm。當沒(méi)有反射體信號或者信號在時(shí)間門(mén)外顯示，可提示檢測人員對導軌不正、錯邊和波幅門(mén)的虛假信號進(jìn)行判定等，用來(lái)監控導軌位置是否正確。

3  根焊檢測信號及判別方法

（1）帶狀圖任一側兩個(gè)時(shí)間門(mén)信號不同但連續。一個(gè)原因是導軌不正，造成信號在時(shí)間門(mén)連續的輕微改變。再一個(gè)原因是導軌距離焊縫中心線(xiàn)沒(méi)有精確到200 mm，可能在焊接前沒(méi)用劃線(xiàn)器劃線(xiàn)。如果任一側的時(shí)間門(mén)誤差大于正負1 mm，將被要求重新固定導軌重新掃描， 這種差別可以通過(guò)根部體積通道掃描進(jìn)行監控。

（2）焊道兩邊上下游時(shí)間門(mén)信號不同，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的幾何反射信號。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，一般結合兩側的鈍邊通道反射信號，根部通道和在時(shí)間閘門(mén)的位置進(jìn)行判定，紅藍標尺線(xiàn)之間根部通道時(shí)間門(mén)較長(cháng)，鈍邊通道顯示偽像波幅信號，這就是根部的幾何反射信號。

圖 2 下游鈍邊通道顯示的根部幾何信號示例

（3）在同一側的帶狀圖時(shí)間門(mén)不同或者出現跳門(mén)。一個(gè)可能原因是錯邊。錯邊雖不評為缺陷，但必須要正確判定為錯邊。一般通過(guò)檢查T(mén)OFD通道底面波的分叉現象，錯邊處顯示雙底面波形等。

4  超過(guò)波幅門(mén)信號的識別及判定

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

（2）檢查相應的根部體積通道，驗證或者確認這個(gè)反射信號，一個(gè)相關(guān)的信號也可能在對側根部體積通道顯示，即上游偏離時(shí)間門(mén)中心的信號有可能在下游側體積通道顯示出來(lái)，反之下游側偏離時(shí)間門(mén)的信號有可能在上游側體積通道顯示。

（3）檢查T(mén)OFD通道是否是一個(gè)近表面的信號，從缺陷端點(diǎn)的衍射信號可能是靠近底面波的不連續線(xiàn)，但是底面可能掩蓋這個(gè)根部信號。如圖 3所示，根據時(shí)間門(mén)的長(cháng)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。

圖 3 根部通道既有未熔合缺陷信號又有幾何反射信號

（4）如果出現根部多通道信號，要檢查T(mén)OFD 底面波信號判斷是否有根部開(kāi)口缺陷或裂紋。

（5）如果反射信號出現在閘門(mén)位中間，可能是坡口未熔合，通常信號連續、波幅較大、有一定長(cháng)度。如果鈍邊通道也能觀(guān)察到相關(guān)信號顯示，則可能是根部斷弧、根部未熔合、根部裂紋、錯邊等等。如圖 4紅藍線(xiàn)之間，從帶狀圖閘門(mén)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  結語(yǔ)

經(jīng)采用全自動(dòng)超聲波檢測，中俄東線(xiàn)某段1219 mm大口徑管道建設工程單日檢測焊口超過(guò)75道，一次合格率高達97.5%，檢測時(shí)效大大提高。在工程初期全自動(dòng)超聲波檢測過(guò)程中，檢測準備、導軌安裝、試塊校準等方面還不夠熟練精確，掃查圖中出現許多干擾信號波和幾何反射信號，造成根部缺陷難以識別和評判。最后通過(guò)重掃，并結合射線(xiàn)檢測及時(shí)進(jìn)行驗證，保證了根焊缺陷評判結果準確，也積累了全自動(dòng)超聲波檢測評圖經(jīng)驗。判圖人員應對根部通道、TOFD通道和體積通道帶狀圖信號有效識別，并結合試塊校準圖進(jìn)行綜合分析，以正確評判根部焊接質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：張金光，1975年生，本科，一級建造師/無(wú)損檢測高級檢測師, 現主要從事特種設備檢驗檢測工作。聯(lián)系方式：16501190008，2056229127@qq.com。