馬建民，孟倩倩，邊永豐

(山東瑞祥模具有限公司，濟寧 272400)

大口徑長輸油氣管道AUT試塊的研制及質(zhì)量控制

馬建民，孟倩倩，邊永豐

(山東瑞祥模具有限公司，濟寧 272400)

以大口徑長輸油氣管道的全自動超聲波檢測(AUT)為例，介紹了AUT試塊的設計思路及試塊中各人工反射體的作用，說明了AUT試塊的加工、檢驗及AUT試塊檢測驗證的質(zhì)量控制程序，為使用該試塊的檢測人員提供參考。

AUT試塊；相控陣；平底孔；質(zhì)量控制

作為長輸油氣管道全自動超聲波檢測(AUT)的參考試塊，其主要作用是調(diào)節(jié)檢測系統(tǒng)的閘門位置及檢測基準靈敏度，為評定缺欠提供依據(jù)；以及鑒定檢測系統(tǒng)在野外檢測過程中的靈敏度，并監(jiān)視檢測系統(tǒng)運行狀況是否良好[1]。

AUT試塊不僅要符合試塊的產(chǎn)品技術(shù)條件，還要參考檢測工件的焊接工藝及各項檢驗要求，因此在試塊設計時，各標準反射體的位置、尺寸、方向、性質(zhì)等參數(shù)均需滿足焊接工藝及檢驗要求。AUT試塊中的人工反射體一般包括平底孔、通槽、尖角槽、偏V形槽和矩形槽等。筆者以大口徑(φ≥200 mm)長輸油氣管道的AUT技術(shù)為例，介紹了AUT試塊的設計思路及試塊中各人工反射體的作用，說明了AUT試塊的加工、檢驗及AUT試塊檢測驗證的質(zhì)量控制程序。

1 大口徑長輸油氣管道AUT試塊的研制

1.1 AUT試塊的技術(shù)要求

大口徑長輸油氣管道AUT試塊總體分為上游和下游兩部分,上、下游具有的缺陷形狀、尺寸相同。試塊的材料應為被檢測管道的一端，在φ2 mm平底孔靈敏度下檢測時，用于制作試塊的材料不得存在大于φ2 mm平底孔回波幅度1/4的缺欠信號。

根據(jù)管道壁厚、焊縫坡口形式及焊接填充次數(shù)對焊縫厚度方向進行分區(qū)，一般將焊縫厚度方向由下向上分為根焊區(qū)、鈍邊區(qū)、熱焊區(qū)(下層)、熱焊區(qū)(上層)、填充區(qū)(第一層)、填充區(qū)(第二層)和蓋面區(qū)等，分區(qū)示意如圖1所示。每個區(qū)域高度一般為2～3 mm，各區(qū)域均設置兩個對應的標準反射體用來進行本區(qū)域的靈敏度調(diào)整和缺欠定位。

圖1 焊縫分區(qū)示意

標準反射體在水平方向分布，應使檢測信號達到獨立的程度，鄰近區(qū)域的反射體互不干擾。試塊制作完成后，必須經(jīng)過國家指定的計量機構(gòu)進行標定，標定合格后，再經(jīng)過AUT檢測技術(shù)調(diào)試，達到要求后方可使用[1-2]。

1.2 標準反射體的設計

AUT試塊主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖3為管道AUT試塊實物。

圖2 AUT試塊主體結(jié)構(gòu)

圖3 管道AUT試塊實物

(1) 在焊縫坡口面上設置φ2 mm平底孔標準反射體，平底孔中心線應垂直于坡口面，厚度方向應等分坡口高度，平底孔底面應與坡口面相重合。該平底孔主要用于對比坡口未熔合。

(2) 在外表面熔合線上設置一個偏V形槽或矩形槽，其深度1 mm、寬度1 mm、槽長10～20 mm。對于復合坡口雙面焊焊縫，在內(nèi)表面熔合線位置設置同樣的槽，該槽主要用于對比內(nèi)、外表面咬邊和向表面延伸的未熔合缺欠。

(3) 在中心位置設置一個通槽，通槽長5 mm，寬1 mm，通槽中心線與焊縫截面中心線重合且垂直于管壁。其主要用于確定閘門和焊縫中心線的位置，也可用于設置中間通道。

(4) 對于復合型坡口雙面焊要在鈍邊處設置一個φ2 mm平底孔；對于V形坡口或復合型坡口單面焊，在焊縫中心位置設置同樣的槽，主要用于對比根部未焊透等缺欠。

(5) 在焊縫截面中心線位置設置φ1.5 mm平底孔標準反射體，平底孔中心線與檢測面成45°夾角，厚度方向等分焊縫高度。其主要用于對比焊縫填充區(qū)缺欠。

(6) 在焊縫上下表面中心位置設置60°尖角槽。槽長10 mm、槽寬1 mm、槽深3 mm。其主要用于TOFD檢測時的上、下表面校驗[1-2]。

2 大口徑長輸油氣管道AUT試塊的質(zhì)量控制

2.1 AUT試塊取料、外形加工及反射體加工的要求 參照ASTM E428-2008《超聲檢測用金屬參考試塊的制作與質(zhì)量控制標準》要求：參考試塊采用與被檢材料聲學性能相同或相近的材料制作；測定參考試塊同被檢材料之間的超聲性能上的差異，并通過儀器設置進行補償。用于制造試塊的材料與被檢材料有相同的聲衰減特性、晶粒度、熱處理狀態(tài)、物理結(jié)構(gòu)和化學成分、表面粗糙度以及制作工藝等。

用于制作試塊的材料需進行100%檢測，不得存在大于所加工最小缺陷反射波幅1/4的缺欠。應通過對比試塊材料與被檢材料背面多次回波來檢測材料衰減。再將首次背面回波調(diào)至滿刻度的90%，來自兩個材料的前三次背面回波之和相差應在25%以內(nèi)。若最小平底孔直徑不大于1.5 mm，材料的衰減圖形差異應在10%以內(nèi)[3]。

按照標準GB/T 8428-2015《無損檢測 超聲試塊通用規(guī)范》要求:平底孔直徑不大于1.6 mm時，公差為±0.013 mm；孔徑大于1.6 mm時，公差為0.03 mm?？紫鄬τ跈z測面的垂直度必須在0°20′以內(nèi)。平底孔底面的表面平面度應在1/125 mm以內(nèi)，與縱軸偏離應在0.38 mm以內(nèi)?？椎酌娲植诙葹?.4 μm[4]。

2.2 AUT試塊標準反射體加工難點

2.2.1 AUT試塊坯料的選取與制作

為保證加工精度，大直徑AUT試塊取料時要避開管道焊縫區(qū)，選用表面狀態(tài)較好的區(qū)域取料。采用線切割的方式進行取料，以減小變形量；取料時，需保證變形量及各尺寸形位公差控制在0.1 mm以內(nèi)。應在取料前與取料后，分別對原材料采用三坐標測量儀測量材料各關(guān)鍵尺寸；然后，將試塊固定于外形校準工裝內(nèi)，并加熱去除應力，完成后進行外形加工。

2.2.2 AUT試塊孔缺陷加工

由于孔缺陷加工精度要求較高，同時孔缺陷角度變換較多，需將試塊放置于專用加工工裝上進行加工，AUT試塊加工工裝如圖4所示。

圖4 AUT試塊加工工裝示意

每次加工前，需對工裝進行校驗。為保證孔缺陷精度，在加工前需對鉆頭進行刃磨，并采用中心鉆進行定位；加工過程中應進行多次鉆孔、擴孔循環(huán)，最后進行最終孔缺陷的精加工及平底孔加工，以保證加工精度，加工過程中應及時檢查和更換鉆頭以保證孔加工精度。

2.2.3 AUT試塊槽缺陷加工

采用電加工的方式進行槽缺陷加工。加工之前，認真檢查核對電極，不能有缺損、毛刺、圓角等存在。為保證加工精度，電極材料選用耐腐蝕電極片。加工時，采用小電流以保證加工精度；同時，使用高壓油進行排屑及冷卻，減少電灼傷；加工過程中，要經(jīng)常檢查電極情況并更換新電極。

2.3 AUT試塊人工缺陷的檢驗

2.3.1 試塊下料及加工完成后形位公差的檢驗

試塊取料經(jīng)過外形加工后，采用三坐標測量儀測量材料圓弧度及直線度。試塊圓弧度公差±0.5 mm，直線度公差±0.2 mm。三坐標測量試塊外觀如圖5所示。

圖5 三坐標測量試塊外觀

2.3.2 平底孔的檢驗

微孔測量儀用于測量孔徑及孔壁的平直度，微孔測量儀測量孔徑的工作原理與內(nèi)徑測量表基本相同。但微孔測量儀只能測量0.5～8 mm的孔徑。微孔測量儀是可以直接讀數(shù)的一種接觸式測量計量器具。微孔測量儀測量孔徑示意見圖6。

圖6 微孔測量儀測量孔徑示意

2.3.3 槽型缺陷的檢驗

槽型缺陷深度測量采用我公司自主設計的百分表測深裝置。百分表測量時，測量精度為0.01 mm，千分表測量時，測量精度為0.001 mm。槽型缺陷的寬度、長度采用光學影像測量儀測量。以上數(shù)據(jù)也可采用覆型膜測量。光學影像測量槽寬、槽長的方法示意及槽寬和槽長顯示示例如圖7～8所示。

圖7 光學影像測量槽寬、槽長的方法示意

2.3.4 覆型膜法檢驗

覆型膜檢驗法可用于檢測平底孔孔底平整度、孔底面與孔柱面垂直度、斜孔中心線與檢測面的角度及斜孔深度，還可以用于槽形缺陷的長度、寬度和深度的測量以及尖角槽角度的測量。平底孔孔底平整度測量示意如圖9所示[5]，平底孔孔壁及槽型缺陷測量示意見圖10～12。

圖9 平底孔孔底平整度測量示意

圖10 平底孔孔壁測量

圖11 槽型缺陷深度及角度測量示意

圖12 槽型缺陷長度及寬度測量示意

2.3.5 現(xiàn)場使用調(diào)試

現(xiàn)場調(diào)試時，鄰近標準反射體相互之間應無干擾，試塊上、下游對應反射體反射當量誤差在1 dB 以內(nèi)。顯示幾何位置誤差在1 mm以內(nèi)，否則需重 新加工試塊。相控陣檢測試塊現(xiàn)場調(diào)試及使用見圖13。

圖13 相控陣檢測試塊現(xiàn)場調(diào)試及使用

3 結(jié)語

AUT試塊設計復雜，加工過程繁瑣，對原材料及人工缺陷要求嚴格，生產(chǎn)過程需要嚴格的工藝技術(shù)及完善的質(zhì)量控制體系的支持。介紹的AUT試塊的設計思路、加工過程中的難題及質(zhì)量控制方法可為相關(guān)行業(yè)人員提供參考。所用校驗方法能夠有效地監(jiān)視試塊生產(chǎn)過程，為相控陣系統(tǒng)檢測結(jié)果的可靠性奠定了基礎。

[1] Q/SY XQ7-2001 西氣東輸管道工程管道對接環(huán)焊縫全自動超聲波檢測[S].

[2] SY/T 0327-2003 石油天然氣鋼質(zhì)管道對接環(huán)焊縫全自動超聲波檢測[S].

[3] ASTM E428-2008 超聲檢測用金屬參考試塊的制作與質(zhì)量控制標準[S].

[4] JB/T 8428-2015 無損檢測 超聲試塊通用規(guī)范 [S].

[5] JJF 1487-2014 超聲波探傷試塊校準規(guī)范[S].

沉痛悼念王務同同志

中國機械工程學會無損檢測分會第一屆、第二屆秘書長，第一屆至第四屆常務理事，第五屆副理事長，第六屆、第七屆名譽委員，《無損檢測》雜志副主編、主編、名譽主編，全國青年社會主義建設積極分子、上海市勞模、全國先進工作者、上海市紅旗青年突擊手、上海市五好職工、教授級高級工程師王務同同志因病于2017年4月17日下午1：15在新華醫(yī)院逝世，享年86歲。

王務同同志一生功勛卓著，2008年獲得中國機械工程學會無損檢測分會首屆“百人獎”之“杰出貢獻獎”，2013年獲得中國機械工程學會無損檢測分會第二屆“百人獎”之首屆“終生成就獎”；他負責成功研制了國內(nèi)第一臺圓形掃描顯像式超聲波探傷儀，負責研制的1200℃真空高溫持久強度試驗機獲國家科委二等獎，負責研制的聲阻法固體發(fā)動機一、二界面粘結(jié)質(zhì)量檢測設備獲國家航天部三等獎，負責研制的閃爍計數(shù)式γ射線密度測量儀獲全國機械工業(yè)科學大會獎，負責編寫的國內(nèi)首個超聲波換能器性能測試標準獲機械科學研究院三等獎。

王務同同志的逝世使我們失去了一位受人尊敬的老專家、老同事。我們要化悲痛為力量，學習他熱愛人民，熱愛祖國，熱愛生活的精神，學習他對工作認真負責、嚴謹慎密的作風，學習他對同志真誠熱情的精神。他的優(yōu)良品格將激勵我們努力進取，取得更大的事業(yè)成功。

《無損檢測》編輯部

The Manufacture of AUT Testing Block and its Quality Control for Large Diameter andLong Distance Oil and Gas Transportation Pipelines

MA Jianmin，MENG Qianqian，BIAN Yongfeng

(Shandong Ruixiang Mould Co.,Ltd., Jining 272400, China)

This article is to take the automatic ultrasonic testing of large diameter and long distance oil and gas transportation pipeline (AUT) as an example and to introduce the design method of the testing blocks. It also shows the related functions of the artificial reflectors in the blocks. The quality control measures in manufacturing and testing of AUT testing blocks are outlined. It can provide reference for testing personnel who use block.

AUT block ；phased array；flat-bottom hole；quality control

2017-02-10

馬建民(1962-)，男，工程師，主要從事無損檢測試塊設計、制造工藝研究及質(zhì)量控制工作

馬建民，13854780077@139.com

10.11973/wsjc201705020

TG115.28

B

1000-6656(2017)05-0104-04