深海油气平台钢悬链线立管焊缝的自动超声检测

1 钢悬链线立管

钢悬链线立管集海底管线与立管于一身，用来连接海底生产系统与油气处理平台，其分为常规海管区域、非关键区域和关键区域。SCR管线设计如图1所示。

图1 SCR管线设计示意

2 检测方法

SCR管线在服役期间受到循环应力的作用，但不允许对焊缝进行任何返修作业，因此精确评定缺陷的尺寸至关重要。

射线检测不能测定缺陷的高度和深度，常规超声检测和相控阵检测技术的高度定量精度不足，所以均不适用于此类管线的焊缝检测。

相控阵AUT既具有发现微小缺陷的能力，也能满足高度定量精度的要求，可以用来检测海底管线焊缝。DNVGL-ST-F101-2017标准规定了用分区法相控阵AUT对海底管线焊缝进行检测。

分区法检测技术依据焊缝的坡口形式设置焊缝根部、热焊、填充及盖面等分区，每个分区高度为1~3mm，同时采用超声衍射时差法(TOFD)及体积检测通道，以提升不同类型缺陷的AUT检测能力及定量精度。每个分区设置独立的检测波束，其以焊缝中心线对称布置，波束设置如图2所示，并有效覆盖焊缝中心，实现焊缝检测区域的有效检测，检测结果以带状图的方式显示，如图3所示。

图2 分区法波束设置示意

图3 焊缝检测结果的带状图显示

管线采用ECA技术验收，某SCR海底管线项目的典型ECA验收标准如表1所示。

表1 某海底管线项目的典型ECA验收标准/mm

3 AUT检测试验

01 AUT检测系统

使用PipeWIZARD-V4检测系统，配置一组相控阵探头，一组TOFD探头，探头对称放置于焊缝两侧，扫查装置安装在固定式导轨上，通过PipeWIZARD系统软件控制扫查器行走，实现焊缝的机械化扫查、数据实时显示及评判。

02 检测对象

检测对象为X65碳钢管，外径为168mm，壁厚为18.6mm。采用自动熔化极气体保护焊(GMAW)焊接工艺，通过调整焊接工艺参数制作了46个焊接缺陷，缺陷高度为0.5~2mm，长度为5~15mm，高度覆盖验收标准的最小值，长度接近验收标准的极限值，验证AUT对最小缺陷的检测能力。焊缝缺陷的类型包括坡口未熔合、根部未熔合、内部密集气孔及层间未熔合等体积型缺陷。

03 缺陷高度定量方法及修正

每个通道设置独立的反射体进行灵敏度校准，焊缝表面设置规格(长×宽)为1mm×1mm的槽，根部设置规格(长×宽)为1mm×1mm的槽，填充及热焊区设置直径为2mm的平底孔，焊缝中心设置直径为1.5mm的平底孔，所有反射体与坡口平行。每个通道的基准波幅设置为满屏高度的80%，填充区相邻通道覆盖15%~50%的满屏高度，典型AUT校准试块反射体布置如图4所示。

图4 典型AUT校准试块反射体布置示意

缺陷的高度采用波幅法评定，缺陷高度与波幅成正比，设定波幅为80%满屏高度对应的尺寸为该通道反射体尺寸，波幅超过满屏高度时，分区高度即是缺陷高度(具体定量数据略，可参见原文)。若TOFD通道有清晰显示，且能区分上下尖端信号，则采用TOFD方法测定缺陷的高度。

AUT缺陷显示分为单通道显示和多通道显示，缺陷D6的单通道AUT显示如图5所示，缺陷D7的多通道AUT显示如图6所示。对两个缺陷的AUT数据进行常规高度评定及波幅高度修正评定，如表2所示。

图5 缺陷D6的单通道AUT显示

图6 缺陷D7的多通道AUT显示

表2 AUT修正前后数据

通过金相检验测量缺陷的实际尺寸，如图7和图8所示。将AUT结果与金相检验测量缺陷的实际尺寸进行对比，如表3所示，以验证AUT数据修正后的评定精度。

图7 缺陷D6的金相检验显示

图8 缺陷D7的金相检验显示

表3 AUT与金相检验测量数据对比

由表3所示的对比数据可见，修正后的AUT评定值更精确。

04 数据分析

对制作的焊缝缺陷进行AUT检测，一一记录46个缺陷的最高显示波幅及显示通道，通过采用波幅法及修正方法进行缺陷高度的尺寸评定，对所有评定的缺陷进行金相检验，测定缺陷的实际尺寸。具体AUT结果与金相检验结果略，可参见原文。

通过将AUT结果与金相检验结果进行对比，得出对于焊缝盖面、填充区、热焊及根部不同位置的缺陷，其修正后的AUT评定结果与金相检验评定高度最大偏差为0.8mm，深度最大偏差为1.4mm。

4 结语

对AUT评定的46个不同位置缺陷进行金相检验，修正后的AUT缺陷高度与金相检验评定结果具有一致性，缺陷定量精度最大偏差小于1mm，修正后的AUT工艺可应用于基于ECA验收标准的SCR管线的焊缝检测。