浅述石油天然气长输管道超声波检测

魏红璞 赵永伟

摘 要：文章对超声波检测技术进行了简要介绍，并重点阐述了超声波在石油天然气长输管道焊缝检测中的应用技术，力图通过论述实现超声检出结果的正确评判。

关键词：超声波检测;性能;调节;校准;复核

一、引言

超声检测是五大常规无损检测技术之一，是目前国内外应用最广泛、使用频率最高且发展最快的一种无损检测技术。而其之所以被广泛应用，主要在于它相对其他无损检测方法的巨大优势：⑴超声检测对面积型缺陷检出率较高。⑵检测灵敏度高，可检测工件内部尺寸很小的缺陷。⑶穿透能力强，可对较大厚度范围内的工件内部缺陷进行检测。⑷缺陷定位较准确。⑸适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测。⑹检测成本低、速度快，设备轻便，对人体和环境无害，现场使用方便。正因此，在石油天然气长输管道的建设中，超声检测亦得到了广泛的应用。

二、超声检测技术流程

超声检测首先要做好器材的选择，这些包括探伤仪、探头的选择及综合性能测定。目前在石油天然气长输管道建设中使用的超声波探伤仪为A型脉冲反射式数字探伤仪，该类仪器性能应满足荧光屏满刻度80%的范围内线性显示，并具有不小于80dB的连续可调衰减，水平线性误差应不大于1%，垂直线性误差应不大于5%。由于石油天然气长输管道受管径制约，焊缝多采用单面焊双面成形工艺，超声波只能单面检测，因此探头选择为斜探头。斜探头选择时应考虑以下三个方面：⑴探头声束应能扫查到整个检测截面。⑵探头声束中心线应与焊缝中可能出现的危险性缺陷尽量垂直。⑶尽量使用一次波判别缺陷。除此探头还应保证无明显双蜂，且水平方向偏离角应不大于2°。在综合性能方面，仪器和探头组合灵敏度应满足在所检工件最大声程处，有效灵敏度余量不小于10dB，分辨率≥6dB的要求。耦合剂的选择则应考虑价格、性能及对后续工序影响，根据石油天然气长输管道超声检测特点，耦合剂多选用工业糨糊。

超声检测第二步就是做好设备的调节，包括扫描速度调节、K值测定及dB曲线制作。扫描速度调节和K值测定对超声检测具有重要意义，这些参数的精准性决定了超声定位的准确性并直接影响回波的判定。扫描速度调节包括声程法、水平法和深度法。对于数字式超声探伤仪由于数据互通，因此可以实现声程、水平及深度不同显示的随意切换。在实际工作中，扫描速度校准具有重要的意义，特别在扫描速度调节完成后，应及时复核扫描速度调节时所选最近及最远声程回波位置，从而判定速度调节的准确性。当数据误差超过扫描读数的10%时，则说明速度调节不准确，应重新进行调节。扫描调节后应进行K值测定，K值是超声检测中十分重要的测定参数，当K值不准确时，我们除了发现缺陷深度位置偏误，在缺陷两侧检测时，还会发现缺陷的水平位置将无法重合。因此在K值测定后，操作人员应及时对不同深度反射孔进行K值校验，确保误差在10%以内，否则应重新测定。dB曲线制作是扫描速度调节和K值测定后的另一项重要工作，它的准确性决定了焊缝质量的评定。因此dB曲线制作后应及时对各点校核，若存在误差应及时调整。

调校好的仪器就可以进行现场检测了，但仪器需要定期进行校准和复核，以保证检测的准确。复核应在每次检测前进行，且遇到下述情况时应重新核查：⑴更换探头、改变耦合剂种类时。⑵连续工作时间超过4h时。⑶怀疑灵敏度不正确时。⑷检测结束时。扫描量程的复核应在每次检测结束前进行。如果距离-波幅曲线上任意一点在扫描线上的偏移超过扫描读数的10%时，应对扫描量程重新调整，并对复核失效段重新检测。扫查灵敏度的复核亦应在每次检测结束前进行。一般对距离-波幅曲线的校核应大于3点，如果任何一点幅度下降2dB，则应对上一次以来所有的检测结果进行复检;如幅度上升2dB，则应对所有的记录信号进行重新评定。

三、焊缝超声检测技术分析

超声在检测过程中主要根据缺陷波的静态波形和动态波形对缺陷进行识别和性质估判。在静态波形研究中应注意：缺陷内含物的声阻抗对缺陷回波高度有较大影响，对于气体，声阻抗很小，反射回波高。非金属或金属夹渣声阻抗较大，反射回波低。另外，不同类型缺陷反射波形状也有一定的差别。例如：气孔表面光滑，界面反射率高，波形尖锐陡直;而夹渣表面粗糟，界面反射率低，同时还有部分声波透入夹渣层，形成多次反射，波形宽大并带锯齿。单个缺陷回波是独立出现的，而密集缺陷则是杂乱出现，且互相彼连。在动态波形上，不同性质缺陷的动态波形也是不同的。一般点反射体的动态波形为平滑的由零上升到最大值，然后又平滑的下降到零。光滑大平面反射体当声束接近垂直入射时，其动态波形为波幅平滑的由零升到峰值，随探头继续移动，波幅基本不变，或只在±4dB的范围内变化，最后又平滑的下降到零。对于不规则的大反射体，当声束接近垂直入射时，其动态波形为探头在各个不同的位置检测缺陷时，显示屏上均呈一个参差不齐的回波，探头移动时，回波幅度显示很不规则的起伏态。而当声束倾斜入射时，其动态波形表现为探头在各个不同位置检测缺陷时，显示屏上显示脉冲包络呈钟形的一系列连续信号。探头移动时，每个小波峰也在脈冲包络中移动，波幅由零逐渐升到最大值，然后波幅又下降到零，信号起伏较大。

超声检测中还应注意以下几点：⑴检测前对探头移动区内的锈蚀、油污、飞溅及其他杂物应进行清除，检测表面做到光滑平整，以保证良好耦合。⑵缺陷的定位、定性应以最高回波为准。⑶应注意非缺陷回波的辨析，包括沟槽回波、焊角回波、错位回波及单面焊回波等。其中沟槽回波或焊角回波如果在外焊道，可用手指蘸耦合剂敲击相应位置，回波会随之上下跳动;在内焊道无论是沟槽回波、焊角回波或其他伪回波，只能根据回波位置及双侧回波特点进行判断。⑷由于探头正持和反持时手的力道有差异，因此即使对同一缺陷检测，波幅高度也会有较大不同，因此在检测中应格外注意。⑸检测中只要有回波就应引起注意，除了一些仪器回波，一般这都说明有反射面存在，具体判定应根据焊接状况、工件结构、表面状况、回波定位等综合评判。

四、结语

超声检测技术是一门成熟的检测技术，虽然仍有一些局限和不足，但随着科技的不断进步和发展，相信这些问题都能够得到很好的解决。

参考文献：

[1]郑晓东.长输石油天燃气管道环焊缝的超声检测[J].科技创新导报，2012（08）：77.

[2]吴启富.简析超声波在长输管道检测中的运用[J].中国化工贸易，2015（4）.