深海油氣平臺鋼懸鏈線立管焊縫的自動超聲檢測

鋼懸鏈線立管(SCR)是深海油氣開發(fā)半潛平臺的重要組成部分，由于其受力狀態(tài)特殊，所以需要嚴格控制焊縫質(zhì)量，目前自動超聲檢測(AUT)已成為此類管線的首選檢測方法。DNVGL-ST-F101-2017和API1104-2008標準中的基于經(jīng)驗的焊接缺陷驗收標準已不能滿足此類焊縫的檢測需求，需根據(jù)工程臨界分析(ECA)技術(shù)建立項目專用的焊縫缺陷驗收標準，要求AUT技術(shù)具有高定量精度，以滿足工程應(yīng)用的需要。1鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管集海底管線與立管于一身，用來連接海底生產(chǎn)系統(tǒng)與油氣處理平臺，其分為常規(guī)海管區(qū)域、非關(guān)鍵區(qū)域和關(guān)鍵區(qū)域。SCR管線設(shè)計如圖1所示。圖1SCR管線設(shè)計示意2檢測方法SCR管線在服役期間受到循環(huán)應(yīng)力的作用，但不允許對焊縫進行任何返修作業(yè)，因此精確評定缺陷的尺寸至關(guān)重要。射線檢測不能測定缺陷的高度和深度，常規(guī)超聲檢測和相控陣檢測技術(shù)的高度定量精度不足，所以均不適用于此類管線的焊縫檢測。相控陣AUT既具有發(fā)現(xiàn)微小缺陷的能力，也能滿足高度定量精度的要求，可以用來檢測海底管線焊縫。DNVGL-ST-F101-2017標準規(guī)定了用分區(qū)法相控陣AUT對海底管線焊縫進行檢測。分區(qū)法檢測技術(shù)依據(jù)焊縫的坡口形式設(shè)置焊縫根部、熱焊、填充及蓋面等分區(qū)，每個分區(qū)高度為1~3mm，同時采用超聲衍射時差法(TOFD)及體積檢測通道，以提升不同類型缺陷的AUT檢測能力及定量精度。每個分區(qū)設(shè)置獨立的檢測波束，其以焊縫中心線對稱布置，波束設(shè)置如圖2所示，并有效覆蓋焊縫中心，實現(xiàn)焊縫檢測區(qū)域的有效檢測，檢測結(jié)果以帶狀圖的方式顯示，如圖3所示。圖2分區(qū)法波束設(shè)置示意圖3焊縫檢測結(jié)果的帶狀圖顯示管線采用ECA技術(shù)驗收，某SCR海底管線項目的典型ECA驗收標準如表1所示。表1某海底管線項目的典型ECA驗收標準/mm缺陷高度缺陷允許長度11721331048563

AUT檢測試驗AUT檢測系統(tǒng)01

使用PipeWIZARD-V4檢測系統(tǒng)，配置一組相控陣探頭，一組TOFD探頭，探頭對稱放置于焊縫兩側(cè)，掃查裝置安裝在固定式導軌上，通過PipeWIZARD系統(tǒng)軟件控制掃查器行走，實現(xiàn)焊縫的機械化掃查、數(shù)據(jù)實時顯示及評判。檢測對象02檢測對象為X65碳鋼管，外徑為168mm，壁厚為18.6mm。采用自動熔化極氣體保護焊(GMAW)焊接工藝，通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)制作了46個焊接缺陷，缺陷高度為0.5~2mm，長度為5~15mm，高度覆蓋驗收標準的最小值，長度接近驗收標準的極限值，驗證AUT對最小缺陷的檢測能力。焊縫缺陷的類型包括坡口未熔合、根部未熔合、內(nèi)部密集氣孔及層間未熔合等體積型缺陷。缺陷高度定量方法及修正03每個通道設(shè)置獨立的反射體進行靈敏度校準，焊縫表面設(shè)置規(guī)格(長×寬)為1mm×1mm的槽，根部設(shè)置規(guī)格(長×寬)為1mm×1mm的槽，填充及熱焊區(qū)設(shè)置直徑為2mm的平底孔，焊縫中心設(shè)置直徑為1.5mm的平底孔，所有反射體與坡口平行。每個通道的基準波幅設(shè)置為滿屏高度的80%，填充區(qū)相鄰通道覆蓋15%~50%的滿屏高度，典型AUT校準試塊反射體布置如圖4所示。圖4典型AUT校準試塊反射體布置示意缺陷的高度采用波幅法評定，缺陷高度與波幅成正比，設(shè)定波幅為80%滿屏高度對應(yīng)的尺寸為該通道反射體尺寸，波幅超過滿屏高度時，分區(qū)高度即是缺陷高度。若TOFD通道有清晰顯示，且能區(qū)分上下尖端信號，則采用TOFD方法測定缺陷的高度。AUT缺陷顯示分為單通道顯示和多通道顯示，缺陷D6的單通道AUT顯示如圖5所示，缺陷D7的多通道AUT顯示如圖6所示。對兩個缺陷的AUT數(shù)據(jù)進行常規(guī)高度評定及波幅高度修正評定，如表2所示。圖5缺陷D6的單通道AUT顯示圖6缺陷D7的多通道AUT顯示表2AUT修正前后數(shù)據(jù)缺陷編號波幅/%未修正AUT高度/mm修正后AUT高度/mmD6812.51.6D725,100,547.53.1通過金相檢驗測量缺陷的實際尺寸，如圖7和圖8所示。將AUT結(jié)果與金相檢驗測量缺陷的實際尺寸進行對比，如表3所示，以驗證AUT數(shù)據(jù)修正后的評定精度。圖7缺陷D6的金相檢驗顯示圖8缺陷D7的金相檢驗顯示表3AUT與金相檢驗測量數(shù)據(jù)對比缺陷編號金相檢驗高度/mm未修正AUT-金相檢驗偏差/mm修正后AUT-金相檢驗偏差/mmD61.41.10.2D72.84.70.3由表3所示的對比數(shù)據(jù)可見，修正后的AUT評定值更精確。數(shù)據(jù)分析04對制作的焊縫缺陷進行AUT檢測，一一記錄46個缺陷的最高顯示波幅及顯示通道，通過采用波幅法及修正方法進行缺陷高度的尺寸評定，對所有評定的缺陷進行金相檢驗，測定缺陷的實際尺寸。通過將AUT結(jié)果與金相檢驗結(jié)果進行對比，得出對于焊縫蓋面、填充區(qū)、熱焊及根部不同位置的缺陷，其修正后的AUT評定結(jié)果與金相檢驗評定高度最大偏差為0.8mm，深度最大偏差為1.4