蔣桂通，寇玉全，路正道，王鑫，陳明

（海洋石油工程股份有限公司，天津300450）

0 引言

PAUT 技術(shù)已成功應(yīng)用于海洋石油平臺的管線檢驗、海管檢驗以及船體結(jié)構(gòu)焊縫檢驗[1]。在這些檢測對象上,PAUT 技術(shù)在取代RT 方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。而目前海洋石油平臺建造過程中的大量拉筋、立柱、鋼樁、導(dǎo)管及隔水套管等卷管焊縫依然在使用傳統(tǒng)的超聲波檢驗。在卷管接長規(guī)?；a(chǎn)及PAUT 技術(shù)經(jīng)驗成熟的今天，同時海洋石油平臺鋼結(jié)構(gòu)最常采用的AWS D1.1標(biāo)準(zhǔn)2020版也增加了關(guān)于PAUT技術(shù)的內(nèi)容[2]，詳細(xì)說明了有關(guān)結(jié)構(gòu)焊縫采用相控陣超聲波檢驗標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行和驗收細(xì)則。本文目的在于研究相控陣超聲波檢驗鋼樁、立柱、導(dǎo)管等大厚度卷管焊縫的掃查工藝，驗證PAUT 技術(shù)在海洋石油平臺卷管焊縫檢驗上的應(yīng)用是可行的。

通過相控陣超聲波檢驗與常規(guī)超聲波檢驗的理論對比和試驗對比，選用海洋石油平臺現(xiàn)場具有代表性的含自然焊接缺陷的大厚度的鋼樁、立柱、導(dǎo)管環(huán)焊縫和縱焊縫為試驗?zāi)繕?biāo)進(jìn)行相控陣超聲波檢驗及常規(guī)超聲波檢驗對比分析。得出相控陣超聲波檢驗技術(shù)在檢驗鋼樁、立柱、導(dǎo)管等卷管焊縫時明顯優(yōu)于常規(guī)超聲波檢驗的結(jié)論，主要體現(xiàn)在圖像的顯示更全面且直觀，缺陷的檢測效率更高，檢驗的可重復(fù)性更高，采集數(shù)據(jù)不受人為因素的影響，為海洋石油平臺拉筋、立柱、鋼樁、導(dǎo)管及隔水套管等卷管焊縫的檢驗效率的提升奠定了基礎(chǔ)。

1 PAUT原理

PAUT的全稱是Phased Array Ultrasonic Testing，即相控陣超聲波檢測，它是基于常規(guī)UT（Ultrasonic Testing，超聲波檢測）的一種先進(jìn)的超聲波檢測方法。相較于常規(guī)超聲波檢測而言，相控陣超聲波檢測的設(shè)備、探頭、軟件等都有明顯的升華，常規(guī)超聲波檢測只能呈現(xiàn)一維的A 掃波幅顯示，而PAUT 可呈現(xiàn)除A 掃以外的B 掃、C掃、D掃、S掃等端面顯示、側(cè)視圖和俯視圖，從而更直觀地顯示出缺陷的位置和大小[3]。常規(guī)超聲波檢驗探頭只能是0°、45°、60°或70°，而PAUT 的探頭是由多個晶片組成的，每個晶片相當(dāng)于一個常規(guī)探頭，可實現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)、聚焦等功能，產(chǎn)生的是角度范圍，PAUT 與UT 原理對比如圖1 所示，因此PAUT 不需要頻繁地更換探頭，可實現(xiàn)一次掃查全體積覆蓋[4]。相控陣超聲波檢測編碼器的使用使得在缺陷測長方面也非常的簡單和直觀。

圖1 PAUT與UT原理對比

2 設(shè)備材料

PAUT儀器：OlympusOmniscan MX2；

PAUT探頭：5L32-A11，匹配楔塊SA11-N55S-IHC；

UT儀器：USM35；

UT探頭：5Z10X10A45、5Z10X10A60、5Z10X10A70；

試件：?1 969 mm×32 mm環(huán)焊縫、?2 240 mm×38 mm縱焊縫、?2 500 mm×60 mm縱焊縫。

3 試驗方案

3.1 PAUT掃查

利用NDT Setutbuilder 制作PAUT 的掃查工藝，分別根據(jù)板厚、坡口型式、探頭、楔塊等參數(shù)，制作出相應(yīng)的掃查工藝，如圖2 所示，根據(jù)掃查工藝用OlympusOmniscan MX2 相控陣超聲波儀器對PAUT 探頭、楔塊、與試驗件同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)試塊和校準(zhǔn)試塊進(jìn)行聲速、靈敏度、楔塊延時校準(zhǔn)及TCG 曲線制作，校準(zhǔn)后對環(huán)焊縫和縱焊縫進(jìn)行PAUT 掃查。總共需要制作3 根TCG 曲線，完成3次掃查即可，如聲束覆蓋不全可進(jìn)行6次掃查。

圖2 掃查工藝

3.2 常規(guī)UT掃查

針對?1 969 mm×32 mm環(huán)焊縫制作出45°、60°、70°探頭的DAC 曲線，對焊縫進(jìn)行雙面雙側(cè)掃查，需要進(jìn)行12 次掃查。針對?2 240 mm×38 mm 縱焊縫制作出45°、60°、70°探頭的DAC 曲線，對焊縫進(jìn)行雙面雙側(cè)掃查，需要進(jìn)行12次掃查。針對?2 500 mm×60 mm 縱焊縫制作出45°、60°、70°探頭的DAC 曲線，對每個焊縫進(jìn)行3 次完整的UT 掃查。對焊縫進(jìn)行雙面雙側(cè)掃查，需要進(jìn)行12次掃查?？偣仓辽傩枰谱?根DAC 曲線，完成36次掃查。時間花費上要長的多，效率較低。

4 對比PAUT和UT

4.1 掃查分析?1 969 mm×32 mm環(huán)焊縫

對?1 969 mm×32 mm環(huán)焊縫的PAUT掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3 所示，可以對應(yīng)地看A 掃、扇掃（聲束截面圖）、B 掃（側(cè)視圖），可以直觀地讀出缺陷的深度23.4 mm，缺陷的起始點198～245 mm，即長度為47 mm，缺陷在焊縫中的水平位置距離焊縫中心線左側(cè)1.6 mm。如有需要，也可以調(diào)出C 掃圖像，即缺陷的俯視圖。而UT只顯示A 掃，A 掃只代表聲波傳播的時間（距離）和波幅，只能讀出缺陷的深度為18 mm（由于缺陷的方向性，所測深度有所差異屬正常[5]）。要想測得缺陷的長度通常要在現(xiàn)場利用6dB 法或端點6dB 法測量探頭移動的距離[6]，缺陷的具體位置須要一比一作圖才能確定。

圖3 ?1 969 mm×32 mm環(huán)焊縫PAUT與UT掃查數(shù)據(jù)對比

4.2 掃查分析?2 240 mm×38 mm縱焊縫

對?2 240 mm×38 mm 縱焊縫的PAUT 掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖4所示，可以對應(yīng)地看A掃、扇掃（聲束截面圖）、B掃（側(cè)視圖），可以直觀地讀出缺陷的深度21.8 mm，缺陷的起始點112～150 mm，即長度為38 mm，缺陷在焊縫中的水平位置距離焊縫中心線右側(cè)0.3 mm。而UT 只顯示A掃，只能讀出缺陷的深度為17.3 mm（由于缺陷的方向性，所測深度有所差異屬正常）。要想測得缺陷的長度通常須要在現(xiàn)場利用6dB 法或端點6dB 法測量探頭移動的距離，缺陷在具體位置須要一比一作圖才能確定。

圖4 ?2 240 mm×38 mm縱焊縫PAUT與UT掃查數(shù)據(jù)對比

4.3 掃查分析?2 500 mm×60 mm縱焊縫

對?2 500 mm×60 mm縱焊縫的PAUT掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖5所示，可以對應(yīng)的看A掃、扇掃（聲束截面圖）、B掃（側(cè)視圖），可以直觀的讀出缺陷的深度40.9 mm，缺陷的起始點2～100 mm，即長度為98 mm，缺陷在焊縫中的水平位置距離焊縫中心線右側(cè)3 mm。而UT 只顯示A 掃，只能讀出缺陷的深度為41 mm。要想測得缺陷的長度通常須要在現(xiàn)場利用6dB 法或端點6dB 法測量探頭移動的距離，缺陷在具體位置須要一比一作圖才能確定。

圖5 ?2 500 mm×60 mm縱焊縫PAUT與UT掃查圖像對比

4.4 對比

分析對相控陣超聲波和常規(guī)超聲波掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，進(jìn)行圖像顯示、缺陷測長、缺陷深度、缺陷自身高度、水平位置（距離焊縫中心線位置）、耗時等幾個方面的分析對比，如表1 所示。可看出，相控陣超聲波檢驗大管徑，大厚度焊縫在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)勢[7]，而且圖像可以永久保存。除此之外，在PAUT 掃查數(shù)據(jù)的過程中，只要使用的是同一設(shè)置，不同的檢驗員或同一檢驗員在不同時期對一道焊口采集的數(shù)據(jù)是一致的，只要按照工藝設(shè)置好掃查偏移，沿焊縫方向進(jìn)行非平行掃查就可以[8]，出現(xiàn)漏檢的概率較低，操作基本不受人為因素影響，對評圖人員的經(jīng)驗和水平要求較高[9]；而常規(guī)超聲波檢測出現(xiàn)漏檢和誤判的概率較大，操作和評判非常依賴于檢驗員的水平[10]。

表1 掃查數(shù)據(jù)對比

5 結(jié)束語

通過PAUT 與UT 的原理對比[11]，制定海洋石油平臺大厚度卷管環(huán)焊縫和縱焊縫PAUT 掃查工藝，選取典型的帶有自然缺陷的大厚度卷管環(huán)焊縫和縱焊縫進(jìn)行試驗對比分析，得出在海洋石油平臺大厚度卷管焊縫的超聲檢驗領(lǐng)域，PAUT 技術(shù)明顯優(yōu)于常規(guī)UT 技術(shù)的結(jié)論，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）PAUT 可呈現(xiàn)A 掃、B 掃、C 掃、D 掃、S 掃，圖像的顯示更全面和直觀，并且可永久保存；（2）由于聲束角度范圍大，缺陷的檢出率和效率更高[12]；（3）受人為因素的影響較低，檢驗的可重復(fù)性和可靠性更高。綜上所述，PAUT 技術(shù)在海洋石油平臺卷管焊縫檢驗上的應(yīng)用是可行的，而且是非?？煽康?。