海底管道AUT检验工艺评价方法研究

裴彪等

摘要：海底管道AUT检验工艺是以焊缝区域划分为基础，通过A-scan带状图的波幅和时间显示，参考相应的体积通道，MAP通道和TOFD通道的B-scan显示，以评定焊缝的焊接质量。目前，常规海底管道环焊缝的AUT检测工艺的验收标准是参照WORKMAN SHIP和ECA（工程临界评价）执行，因此，焊缝AUT检验工艺的稳定性、可靠性和高度定量精度显得尤为重要。本文通过进行AUT系统的重复性试验、温度灵敏度试验、可靠性试验以及对比分析AUT检测系统对缺陷高度定量和SALAMI宏观切片试验数据，以评价海底管道环焊缝AUT检验工艺。

关键词：AUT，区域划分检测法， A-scan，带状图，B-scan，WORKMAN SHIP， ECA

引言

目前，最常用的海底管道环焊缝的检测方法为AUT检测，并且常规的AUT检验验收标准为WORKMAN SHIP[1]和ECA[1，3]（工程临界评价）。他们是根据缺陷的高度和缺陷的长度综合评价焊缝的焊接质量。因此，为了更加精确的评定海底管道焊缝的焊接质量，AUT检验系统的测高和测长精度变得尤为重要。

本文根据一系列AUT系统综合性能测试试验，并对比分析AUT检验和SALAMI[1]宏观切片方法，最终评价海底管道环焊缝AUT检验工艺的可靠性。

1.试验焊缝

在管料坡口位置按照设计人工缺陷规格加工深度为1mm的槽，然后，在槽内放置相应尺寸的锯条再进行焊接，经过SALAMI切片对比，确定此法加工的人工缺陷满足工艺评定研究精度要求。本次AUT检测工艺评定试验总共加工了包括根部未焊透、侧壁未熔合、盖面未熔合、层间未熔合、密集气孔、夹渣等88个试验焊缝共440个人工缺陷。

2.工艺评定试验

2.1. AUT系统重复性试验

AUT检测工艺研究时，为了验证AUT检测系统的稳定性以及重复扫查各个通道的dB值偏差在可接收的范围内（2dB[1，3]），需要对AUT系统进行一系列的重复性试验[1，3]确保系统的可重复性。

首先在J型试块上进行一次标准的初始扫查作为试验基准，随后将试块中心线放置在12点钟位置进行10次连续扫查，将设置中每个区域dB值一一记录并与基准扫查参数进行对比。

然后将试块中心线放置在6点钟位置进行10次连续扫查，将设置中每个区域dB值一一记录并与基准扫查参数进行对比。

通过对比，重复性试验中各个通道灵敏度误差最大为1.3dB，满足标准不超过2dB的要求，符合可重复性工艺要求[1，3]。

2.2. 温度灵敏度试验

在温度灵敏度试验[1，3]中，首先对校准试块进行一次标准的初始扫查作为试验基准，随后在常温的试验焊缝上进行一次扫查，然后将试验焊缝加热到70℃进行一次扫查，在四分钟之内扫查一次校准试块并快速扫查一次加热到70℃的焊缝，如此重复15次，将试验焊缝中各个缺陷的信号幅值一一记录并进行对比分析。

通过对比，温度灵敏度试验中各个缺陷灵敏度误差最大为1.94dB，满足标准不超过2dB的要求，符合温度灵敏度[1，3]工艺要求。

2.3. 可靠性试验

在重复性试验以及温度灵敏度试验完成后，需要对所有加工的88个试验焊缝440个人工缺陷进行可靠性扫查[1，3]。并将每个缺陷位置，指示长度，分区高度，缺陷类型一一进行记录，并与宏观切片数据进行一一对比分析，以评价AUT检测工艺。

可靠性扫查中首先进行一次标准的试块初始扫查，然后按照顺时针方向扫查试验焊缝，再进行一次试块扫查，随后按照逆时针方向扫查试验焊缝，最后进行一次试块扫查即可完成一次可靠性扫查。

3.破坏性试验

当所有的AUT扫查试验完成之后，为了更加精确的评估AUT检验工艺[2，4]，将所有选定的缺陷进行宏观切片试验。

4.数据对比分析

由于在焊缝中设计的缺陷的高度[1，3]和可能在焊接完成后发生变化，因此，在所有试验焊缝的扫查完成之后，对相应的缺陷进行一一的宏观切片（SALAMI切片法），以确定焊接完成后缺陷的实际高度。部分对比分析数据如下表2所示：

由表2的数据得知，与缺陷的SALAMI宏观切片数据对比，AUT检验工艺对根部缺陷高度的定量精度误差最大为0.5mm，对层间缺陷高度定量精度误差最大为1.1mm，对盖面缺陷高度定量精度误差最大为0.5mm。

5.结论

本文通过对AUT检测工艺进行重复性试验、温度灵敏度试验和可靠性试验，发现重复性试验中AUT各个通道灵敏度误差最大为1.3dB，温度灵敏度试验中最大误差为1.94dB；并经过宏观切片数据与AUT检测工艺评定数据进行对比分析，发现AUT检测工艺高度定量精度误差最大为1.1mm，对海底管线环焊缝的焊接质量评定具有很好的指导作用，并大大提升了AUT检测工艺的置信水平。

参考文献：

[1]DNV-OS-F101 海底管线系统[S].2012

[2]黄晶.超声相控阵理论及其在海洋平台结构焊缝缺陷检测中的应用研究[D].上海交通大学，2005，1

[3]SAIPEM. Automated ultrasonic testing of pipeline[R].Girth Welds[M]， September 2001.

[4]E.A Ginzel. Phased Arrays and Mechanized Ultrasonic Testing[M]， Canada，2008.