子母型海底管道通常以主管线输送海洋油气,子管线输送化学物质的方式进行管道运输.母管规格(外径)通常为6～12 inch(15.24～28.48 cm),子管规格(外径)通常为2 inch (5.08 cm).母管环焊缝通常采用全自动超声检测技术(AUT)进行检测,而2 inch子管由于设备工装限制,AUT技术无法应用.若采用射线检测技术(RT),不仅检测效率低,安全风险高,还极大地影响了子母管的铺设效率.针对以上问题,对相控阵超声检测(PAUT)技术进行研究,设计开发了满足2 inch子管环焊缝检测的PAUT工艺,并对制作的35个管径为2 inch,壁厚为6.4 mm海管的人工缺陷焊缝(共105个人工缺陷)进行检测和缺陷高度定量精度评价,以评估该PAUT检测工艺对2 inch子管环焊缝各区域缺陷的检出能力和高度定量精度.
随着国家海洋油气开发进程的加快,海底油气田油气状态的复杂性和特殊性不断显现。各种形式的海底管道也应运而生,包括双层海底管道、单层海底管道、复合材料海底管道以及子母型海底管道等。
对于子母型海底管道,母管管径通常为6~12inch(15.24~28.48cm),子管管径通常为2inch(5.08cm),母管通常采用高效、环保的AUT方法进行检测,而2inch子管受AUT工装限制,无法使用该方法,通常只能采用检测效率低、安全风险高的射线检测技术进行检测。
为提高子母型海底管道铺设效率,运用无损检测相控阵超声检测(PAUT)方法对2inch子管开展工艺评定试验。试验中共加工了35个有人工缺陷的焊缝(共计105个缺陷),并运用PAUT技术对缺陷焊缝进行检测、数据分析和结果评定,以评估该工艺对2inch子管环焊缝各区域缺陷的检出能力和高度定量精度。
1 PAUT技术原理相控阵超声检测(PAUT)技术是基于惠更斯原理,通过切换激发晶片或调整晶片激发延迟时间,实现超声波声束的动态聚焦和偏转,从而对待检工件进行多位置、多角度、多焦点、全覆盖检测的一种检测方法。其超声波聚焦方式主要有以下几种(见图1),常规PAUT焊缝检测方式如图2所示。
2 PAUT检测工艺设计如图3所示,2inch子管壁厚为6.4mm;坡口形式为V型。
9.124.12|730.0°Isao-iO0图32inch子管焊缝结构示意根据ISO13588-2019标准(C级检测等级)要求,运用相控阵超声检测技术进行焊缝检测时,需对焊缝双侧进行检测,且每侧需采用2组声束进行扫查。
根据焊缝规格,采用1组(上游和下游各一个)相控阵探头同时检测,每个相控阵探头同时激发两组扇形的扫查方式进行扫查2l,PAUT检测工艺设计及焊缝声束覆盖如图4所示。
3工艺评定试验
3.1试件准备
根据PAUT检验工艺评定[]要求,制作了35个管径为2inch、壁厚为6.4mm的人工缺陷焊缝,并在焊缝的各个分区(根部区域、填充区域、盖面区域等)设计加工了105个高度为1～2.5mm的人工缺陷,缺陷类型包括未焊透、侧壁未熔合、层间未熔合、盖面未熔合、密集气孔等,详细缺陷分布信息如表1所示(其中*表示只需检出,无需精确定量)。
3.2PAUT系统校准使用TCG(时间校正增益)试块,分别对每个探头的两组聚焦法则进行灵敏度校准和TCG曲线制作。
第一组为常规相控阵通道,用10mm深,p2.4mm的SDH(侧钻孔)校准系统基准灵敏度;随后依次用5,10,15mm3个深度,42.4mm的SDH制作TCG曲线。
第二组为根部聚焦通道,用5mm深,42.4mm的SDH校准系统基准灵敏度;随后依次用5,10,15mm3个深度,42.4mm的SDH制作TCG曲线。
PAUT检测系统校准示意如图5所示。
3.3PAUT检测试验根据标准DNN-OS-F101-2013的PAUT检测工艺要求,运用已经校准完成的PAUT检测系统对35个管径为2inch,壁厚为6.4mm的人工缺陷焊缝进行扫查,并对相应的扫查图形进行数据评定。
4数据对比分析根据PAUT检测数据,逐一进行数据分析,并分别记录缺陷的分析数据,部分缺陷数据如表2所示。
在进行PAUT检测能力和缺陷高度定量精度分析时,从105个缺陷中,选择10处根部缺陷、10处填充缺陷、10处盖面缺陷、1处密集气孔、1处层间未熔合、1处夹铜(验证检出)进行最终宏观切片,并将PAUT检测结果和宏观切片4结果进行对比分析。结果表明,缺陷的高度定量偏差最大正公差为1.0mm,最大负公差为一1.1mm,平均值为一0.3mm。
