PAUT检验技术在海洋平台建造质控中的应用现状及发展

赵先永，史云龙，朱映

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

相比较于四项常规无损检测技术而言，PAUT（相控阵超声波检验）技术通过单片机的嵌入式程序设计，可达成针对不同工况下的不同参数（角度、扫查方向、聚焦深度、焦点尺寸等）相关信息的获取，同时相控阵组合系统能够记录和保存检测过程的所有信息数据，达成更高的缺陷检出率、检测精度及可靠性。在海洋石油工程建造领域中，PAUT主要应用于平台建造环节中的焊接作业质量监控环节，并通过遵循相应的标准规范及严格落实公司的体系规定，达成整体作业成果的质量安全[1]。

整体来讲，虽然工业线控阵技术已发展逾20年，在海洋石油工程建设领域中的发展潜力仍旧巨大。目前，阻滞PAUT应用推广的主要障碍为关键标准规范对PAUT技术应用范例范围过窄，未进入标准要求的工况无法通过验证。因此，在目前的平台建设建造领域中，应积极推广国内适用标准的广泛性及可靠性，充分发挥工业相控阵超声检测技术的潜力，达成整体作业工效的进一步优化[2]。

1 PAUT在海洋石油工程建造中的应用现状

海洋石油工程建造领域中，为达成作业质量目标，需要对焊接作业后的系统进行无损探伤检测。在传统的无损检测中往往无法对焊接质量达成全面高效迅捷的确定，或造成缺陷的遗漏或时间效益的损失。目前，超声相控阵检测工具，现已广泛应用于国内外海洋平台建造领域中。在具体的作业环节中，按照相应国际标准规范将作业人员分为三类，且所有人员均应遵从ISO 9712的要求，如表1所示[3]。

表1 PAUT 作业参考标准规范

超声相控阵无损检测作业的应用同类型与先前的超声无损检测手段，因此其技术的应用程序部分同类型于超声检验，PAUT检验程序与RT（超声检验）时机一致，为焊后48小时进行。

进行检测前，需要确定PAUT所适用的焊接接头形式。针对于不同母材及焊缝材料的焊接工件、不同焊缝形式及母材厚度，应按标准选择对应的PAUT接头以获得最佳的作业检测效果。在海洋平台建造领域中，主要采用碳钢、低合金钢与不锈钢为母材及焊接材料。

PAUT检验准备及执行步骤如图1所示。应注意的是，负责数据采集与数据分析的人员资质要求不同，前者需要UT二级/PAUT二级，后者需要UT二级/PAUT三级，并同时具备检测作业经验。

图1 PAUT 检验步骤示意图

在PAUT检测结束并出具报告时，检测报告电子版应当具备上述所有步骤的信息与海洋平台工程建造信息系统匹配。当出现需求信息操作人员需要针对PAUT设备系统的内部代码进行编译时，该人员应为PAUT监督（具备UT三级/PAUT二级证书）或具备程序编写经验的持有三级PAUT证书的人员进行。

2 相关标准规范的发展及应用

ASME标准是最早对PAUT无损检测技术进行规范的体系。其在2010年版的ASME BPVC中将PAUT技术定义为计算机成像技术，并确定了相控阵不同扫查形式（手工式与编码控制式，目前主流应用均采用后者）。该标准要求了楔块的补偿校准操作方式及设备工具的应用方法，但对具体操作工艺没有详细要求。

ASTM标准更倾向于对PAUT无损检测的硬件设备及具体应用于焊缝检测时对操作人员的具体手法进行准定。该体系对检测设备主要硬件（晶片、系统、控制器、楔块及对应的作业参数）的校准及适用性进行了规范，并对工作人员指出了针对于不同类型的焊缝所应采用的扫查方式（ASTM E2700）。总体来说，该标准在定量要求上较少，没有对检测等级及质量分级进行说明。

AWS标准更针对于焊缝作业质量的扫查细节相关要求。该体系将相控阵、多探头/通道系统、自动检测系统及TOFD系统一同定义为高级超声系统，并确定了可替代超声焊缝检测的形式。同时，该标准给出了一定的具体操作要求及软件编译要求。总体来说，该标准补足了先前标准体系中的一定不足，但整体仍更多地落实于小范围的细节要求上。

英国国防部标准对相控阵的检测规程进行了要求，并对PAUT结合TOFD技术（衍射时差技术）补充进行了操作规范的说明。该标准问世时间较早，主要对相控阵技术进行了定义，而且整体技术细节脱胎于常规超声检测技术，并未对检测等级及质量分析进行详细要求。

ISO标准是当前最为详细且全面的全球通用的PAUT操作标准。其对采用不同材质的母材及焊缝所应选用的具体作业细节进行了说明，并就检测结果给出的量化值给出了定量的标准，并基于此出具了检测等级的要求。同时，该标准对检测区域的划分进行了明确说明，对于不同工件工况的检测方式标准也进行了说明。整体来讲，ISO 13588标准较为全面地阐明了超声相控阵技术在焊接质量检测中的应用方式，对检测人员的资质提出了要求，对标准参考试块的规定进行了说明，但对后期的数据分析及缺陷情况的定量分析探讨的内容不多。

3 PAUT技术在海上平台建造过程应用展望

在海洋平台工程建造中焊接质量检测环节中，除去管道壁厚检测及压力容器的焊接质量标准可直接参考上述规范要求外[4]，在涉及到船舶船体焊接质量控制环节时，需要同时参考相应的船舶相应标准[ABS船体焊缝检验规范、DD-SPC-SEMI(HULL)-ST-0003结构焊接与检验规范]。

虽然结合船舶类标准与PAUT系列国际标准能够满足海洋平台建造的质控要求，但具体实行时，仍由于标准的限制，仅能将PAUT技术集中在少数几种焊接作业后的质量检测环节上，如保温层工业管道腐蚀检测[5]。随着国内外标准体系的进一步规范，后续PAUT检验技术在工业检测上还有更大的应用潜力和价值。

4 结语

随着时代进步及科技发展，尤其是材料科学、信号控制、数据处理及计算机信息化技术等多种技术在超声相控阵成像领域中的综合应用，超声相控阵检测技术得以迅速发展，在工业质量检测领域有更多发挥的空间。在建设我国海洋强国的发展规划中，海洋石油工程建设项目作为重要的支撑载体，其建设标准和质量正面临着比以往更为严格的考验。尤其是在关键工艺和重要设备设施的检验上，海洋石油平台建设项目不仅要严格遵守和执行国家有关质量标准、技术规范和行业准则，而且需要运用科学的检测方法进行标准化的质量控制。而PAUT技术的发展及应用正在逐渐趋于成熟，未来将会在海洋平台建造过程中的多种材料检测、工艺评定和质量控制中发挥更大作用。