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：環焊縫根部焊接質量是保證焊縫質量的關鍵。以中俄東線大口徑管道CRC坡口為例，采用全自動超聲波檢測技術，再輔以TOFD（超聲波衍射時差法)和體積通道掃描，通過識別帶狀圖信號，對焊縫根部缺陷進行評判，為相關工作提供參考。

關鍵詞：環焊縫根焊；通道；時間門； 波幅門； 模擬試塊； 全自動超聲波檢測

環焊縫質量關系油氣管道本體質量和安全運行，根焊是環焊縫的關鍵部位，準確識別和評判根焊缺陷意義重大。中俄東線管道建設工程在采用CRC全自動焊接技術基礎上，運用全自動超聲波檢測技術開展根焊質量評判工作，為及時準確識別環焊縫根焊缺陷，保障后續焊接作業質量和工程建設順利進行發揮了重要作用。

1  全自動超聲波檢測概述

全自動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行掃查，每個分區都有相對應的聚焦通道用以檢測，檢測結果以雙門帶狀圖顯示，再輔以TOFD（超聲波衍射時差法）和體積通道掃描功能進行檢測。通道是一個陣元超聲波束的剖面數，一個陣元對應一個通道，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（超聲波束自發自收）或PC模式（超聲波束一發一收），超聲波束全覆蓋整個根部區域，波束應垂直于根焊區坡口入射并在根焊區坡口聚焦，同時由根部體積通道檢測對體積性缺陷進行識別。根部體積通道可采用40°～70°的一次波進行掃描，不應采用聚焦波束。

全自動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行識別并據此評判根焊缺陷情況。

2  環焊縫坡口及模擬試塊

（1）環焊縫坡口形式。全自動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。中俄東線某段管徑為1219 mm，壁厚18.4 mm，環焊縫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，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10 mm的方槽作為根部標準反射體。根部探頭對應發射角度為52.5°的根部熔合線上的反射體。時間門用來設定超聲波掃查范圍，濾掉指定區域以外的反射信號，波幅門在時間門范圍內采集波幅信號。時間門通常為熔合線前4 mm～5 mm，但是要延伸到根部底面遠側端部，波幅門通常設置在熔合線前4 mm～5 mm、中心線后1 mm。當沒有反射體信號或者信號在時間門外顯示，可提示檢測人員對導軌不正、錯邊和波幅門的虛假信號進行判定等，用來監控導軌位置是否正確。

3  根焊檢測信號及判別方法

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

（2）焊道兩邊上下游時間門信號不同，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，根部通道和在時間閘門的位置進行判定，紅藍標尺線之間根部通道時間門較長，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間門不同或者出現跳門。一個可能原因是錯邊。錯邊雖不評為缺陷，但必須要正確判定為錯邊。一般通過檢查TOFD通道底面波的分叉現象，錯邊處顯示雙底面波形等。

4  超過波幅門信號的識別及判定

（1）一個超過波幅閘門的根部信號（波幅信號從綠變紅），首先要檢查信號處于時間門的位置是在熔合線處還是在中心線以外。

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

（3）檢查TOFD通道是否是一個近表面的信號，從缺陷端點的衍射信號可能是靠近底面波的不連續線，但是底面可能掩蓋這個根部信號。如圖 3所示，根據時間門的長短可以看出根部、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TOFD 底面波信號判斷是否有根部開口缺陷或裂紋。

（5）如果反射信號出現在閘門位中間，可能是坡口未熔合，通常信號連續、波幅較大、有一定長度。如果鈍邊通道也能觀察到相關信號顯示，則可能是根部斷弧、根部未熔合、根部裂紋、錯邊等等。如圖 4紅藍線之間，從帶狀圖閘門位置和根部體積通道很明顯看出這是一個根部未熔合缺陷。

圖 4 根部未熔合缺陷

5  結語

經采用全自動超聲波檢測，中俄東線某段1219 mm大口徑管道建設工程單日檢測焊口超過75道，一次合格率高達97.5%，檢測時效大大提高。在工程初期全自動超聲波檢測過程中，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。最后通過重掃，并結合射線檢測及時進行驗證，保證了根焊缺陷評判結果準確，也積累了全自動超聲波檢測評圖經驗。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行綜合分析，以正確評判根部焊接質量。

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作者簡介：張金光，1975年生，本科，一級建造師/無損檢測高級檢測師, 現主要從事特種設備檢驗檢測工作。聯系方式：16501190008，2056229127@qq.com。