趙先永，史云龍，朱映

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

相比較于四項(xiàng)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)而言，PAUT（相控陣超聲波檢驗(yàn)）技術(shù)通過(guò)單片機(jī)的嵌入式程序設(shè)計(jì)，可達(dá)成針對(duì)不同工況下的不同參數(shù)（角度、掃查方向、聚焦深度、焦點(diǎn)尺寸等）相關(guān)信息的獲取，同時(shí)相控陣組合系統(tǒng)能夠記錄和保存檢測(cè)過(guò)程的所有信息數(shù)據(jù)，達(dá)成更高的缺陷檢出率、檢測(cè)精度及可靠性。在海洋石油工程建造領(lǐng)域中，PAUT主要應(yīng)用于平臺(tái)建造環(huán)節(jié)中的焊接作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)，并通過(guò)遵循相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及嚴(yán)格落實(shí)公司的體系規(guī)定，達(dá)成整體作業(yè)成果的質(zhì)量安全[1]。

整體來(lái)講，雖然工業(yè)線(xiàn)控陣技術(shù)已發(fā)展逾20年，在海洋石油工程建設(shè)領(lǐng)域中的發(fā)展?jié)摿θ耘f巨大。目前，阻滯PAUT應(yīng)用推廣的主要障礙為關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)PAUT技術(shù)應(yīng)用范例范圍過(guò)窄，未進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)要求的工況無(wú)法通過(guò)驗(yàn)證。因此，在目前的平臺(tái)建設(shè)建造領(lǐng)域中，應(yīng)積極推廣國(guó)內(nèi)適用標(biāo)準(zhǔn)的廣泛性及可靠性，充分發(fā)揮工業(yè)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的潛力，達(dá)成整體作業(yè)工效的進(jìn)一步優(yōu)化[2]。

1 PAUT在海洋石油工程建造中的應(yīng)用現(xiàn)狀

海洋石油工程建造領(lǐng)域中，為達(dá)成作業(yè)質(zhì)量目標(biāo)，需要對(duì)焊接作業(yè)后的系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)。在傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)中往往無(wú)法對(duì)焊接質(zhì)量達(dá)成全面高效迅捷的確定，或造成缺陷的遺漏或時(shí)間效益的損失。目前，超聲相控陣檢測(cè)工具，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)建造領(lǐng)域中。在具體的作業(yè)環(huán)節(jié)中，按照相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將作業(yè)人員分為三類(lèi)，且所有人員均應(yīng)遵從ISO 9712的要求，如表1所示[3]。

表1 PAUT 作業(yè)參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)作業(yè)的應(yīng)用同類(lèi)型與先前的超聲無(wú)損檢測(cè)手段，因此其技術(shù)的應(yīng)用程序部分同類(lèi)型于超聲檢驗(yàn)，PAUT檢驗(yàn)程序與RT（超聲檢驗(yàn)）時(shí)機(jī)一致，為焊后48小時(shí)進(jìn)行。

進(jìn)行檢測(cè)前，需要確定PAUT所適用的焊接接頭形式。針對(duì)于不同母材及焊縫材料的焊接工件、不同焊縫形式及母材厚度，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選擇對(duì)應(yīng)的PAUT接頭以獲得最佳的作業(yè)檢測(cè)效果。在海洋平臺(tái)建造領(lǐng)域中，主要采用碳鋼、低合金鋼與不銹鋼為母材及焊接材料。

PAUT檢驗(yàn)準(zhǔn)備及執(zhí)行步驟如圖1所示。應(yīng)注意的是，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析的人員資質(zhì)要求不同，前者需要UT二級(jí)/PAUT二級(jí)，后者需要UT二級(jí)/PAUT三級(jí)，并同時(shí)具備檢測(cè)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

圖1 PAUT 檢驗(yàn)步驟示意圖

在PAUT檢測(cè)結(jié)束并出具報(bào)告時(shí)，檢測(cè)報(bào)告電子版應(yīng)當(dāng)具備上述所有步驟的信息與海洋平臺(tái)工程建造信息系統(tǒng)匹配。當(dāng)出現(xiàn)需求信息操作人員需要針對(duì)PAUT設(shè)備系統(tǒng)的內(nèi)部代碼進(jìn)行編譯時(shí)，該人員應(yīng)為PAUT監(jiān)督（具備UT三級(jí)/PAUT二級(jí)證書(shū)）或具備程序編寫(xiě)經(jīng)驗(yàn)的持有三級(jí)PAUT證書(shū)的人員進(jìn)行。

2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的發(fā)展及應(yīng)用

ASME標(biāo)準(zhǔn)是最早對(duì)PAUT無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行規(guī)范的體系。其在2010年版的ASME BPVC中將PAUT技術(shù)定義為計(jì)算機(jī)成像技術(shù)，并確定了相控陣不同掃查形式（手工式與編碼控制式，目前主流應(yīng)用均采用后者）。該標(biāo)準(zhǔn)要求了楔塊的補(bǔ)償校準(zhǔn)操作方式及設(shè)備工具的應(yīng)用方法，但對(duì)具體操作工藝沒(méi)有詳細(xì)要求。

ASTM標(biāo)準(zhǔn)更傾向于對(duì)PAUT無(wú)損檢測(cè)的硬件設(shè)備及具體應(yīng)用于焊縫檢測(cè)時(shí)對(duì)操作人員的具體手法進(jìn)行準(zhǔn)定。該體系對(duì)檢測(cè)設(shè)備主要硬件（晶片、系統(tǒng)、控制器、楔塊及對(duì)應(yīng)的作業(yè)參數(shù)）的校準(zhǔn)及適用性進(jìn)行了規(guī)范，并對(duì)工作人員指出了針對(duì)于不同類(lèi)型的焊縫所應(yīng)采用的掃查方式（ASTM E2700）。總體來(lái)說(shuō)，該標(biāo)準(zhǔn)在定量要求上較少，沒(méi)有對(duì)檢測(cè)等級(jí)及質(zhì)量分級(jí)進(jìn)行說(shuō)明。

AWS標(biāo)準(zhǔn)更針對(duì)于焊縫作業(yè)質(zhì)量的掃查細(xì)節(jié)相關(guān)要求。該體系將相控陣、多探頭/通道系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及TOFD系統(tǒng)一同定義為高級(jí)超聲系統(tǒng)，并確定了可替代超聲焊縫檢測(cè)的形式。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)給出了一定的具體操作要求及軟件編譯要求。總體來(lái)說(shuō)，該標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)足了先前標(biāo)準(zhǔn)體系中的一定不足，但整體仍更多地落實(shí)于小范圍的細(xì)節(jié)要求上。

英國(guó)國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相控陣的檢測(cè)規(guī)程進(jìn)行了要求，并對(duì)PAUT結(jié)合TOFD技術(shù)（衍射時(shí)差技術(shù)）補(bǔ)充進(jìn)行了操作規(guī)范的說(shuō)明。該標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世時(shí)間較早，主要對(duì)相控陣技術(shù)進(jìn)行了定義，而且整體技術(shù)細(xì)節(jié)脫胎于常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)，并未對(duì)檢測(cè)等級(jí)及質(zhì)量分析進(jìn)行詳細(xì)要求。

ISO標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前最為詳細(xì)且全面的全球通用的PAUT操作標(biāo)準(zhǔn)。其對(duì)采用不同材質(zhì)的母材及焊縫所應(yīng)選用的具體作業(yè)細(xì)節(jié)進(jìn)行了說(shuō)明，并就檢測(cè)結(jié)果給出的量化值給出了定量的標(biāo)準(zhǔn)，并基于此出具了檢測(cè)等級(jí)的要求。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)區(qū)域的劃分進(jìn)行了明確說(shuō)明，對(duì)于不同工件工況的檢測(cè)方式標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了說(shuō)明。整體來(lái)講，ISO 13588標(biāo)準(zhǔn)較為全面地闡明了超聲相控陣技術(shù)在焊接質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用方式，對(duì)檢測(cè)人員的資質(zhì)提出了要求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參考試塊的規(guī)定進(jìn)行了說(shuō)明，但對(duì)后期的數(shù)據(jù)分析及缺陷情況的定量分析探討的內(nèi)容不多。

3 PAUT技術(shù)在海上平臺(tái)建造過(guò)程應(yīng)用展望

在海洋平臺(tái)工程建造中焊接質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)中，除去管道壁厚檢測(cè)及壓力容器的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可直接參考上述規(guī)范要求外[4]，在涉及到船舶船體焊接質(zhì)量控制環(huán)節(jié)時(shí)，需要同時(shí)參考相應(yīng)的船舶相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[ABS船體焊縫檢驗(yàn)規(guī)范、DD-SPC-SEMI(HULL)-ST-0003結(jié)構(gòu)焊接與檢驗(yàn)規(guī)范]。

雖然結(jié)合船舶類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)與PAUT系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)能夠滿(mǎn)足海洋平臺(tái)建造的質(zhì)控要求，但具體實(shí)行時(shí)，仍由于標(biāo)準(zhǔn)的限制，僅能將PAUT技術(shù)集中在少數(shù)幾種焊接作業(yè)后的質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)上，如保溫層工業(yè)管道腐蝕檢測(cè)[5]。隨著國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系的進(jìn)一步規(guī)范，后續(xù)PAUT檢驗(yàn)技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)上還有更大的應(yīng)用潛力和價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代進(jìn)步及科技發(fā)展，尤其是材料科學(xué)、信號(hào)控制、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)等多種技術(shù)在超聲相控陣成像領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)得以迅速發(fā)展，在工業(yè)質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域有更多發(fā)揮的空間。在建設(shè)我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)的發(fā)展規(guī)劃中，海洋石油工程建設(shè)項(xiàng)目作為重要的支撐載體，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量正面臨著比以往更為嚴(yán)格的考驗(yàn)。尤其是在關(guān)鍵工藝和重要設(shè)備設(shè)施的檢驗(yàn)上，海洋石油平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目不僅要嚴(yán)格遵守和執(zhí)行國(guó)家有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和行業(yè)準(zhǔn)則，而且需要運(yùn)用科學(xué)的檢測(cè)方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量控制。而PAUT技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用正在逐漸趨于成熟，未來(lái)將會(huì)在海洋平臺(tái)建造過(guò)程中的多種材料檢測(cè)、工藝評(píng)定和質(zhì)量控制中發(fā)揮更大作用。