张金光 杜思远 马春青

中国石油天然气管道局工程有限公司设备租赁分公司

摘要：环焊缝根部焊接质量是保证焊缝质量的关键。以中俄东线大口径管道CRC坡口为例，采用全自动超声波检测技术，再辅以TOFD（超声波衍射时差法)和体积通道扫描，通过识别带状图信号，对焊缝根部缺陷进行评判，为相关工作提供参考。

关键词：环焊缝根焊；通道；时间门； 波幅门； 模拟试块； 全自动超声波检测

环焊缝质量关系油气管道本体质量和安全运行，根焊是环焊缝的关键部位，准确识别和评判根焊缺陷意义重大。中俄东线管道建设工程在采用CRC全自动焊接技术基础上，运用全自动超声波检测技术开展根焊质量评判工作，为及时准确识别环焊缝根焊缺陷，保障后续焊接作业质量和工程建设顺利进行发挥了重要作用。

1  全自动超声波检测概述

全自动超声波检测根据焊缝坡口分区，由电子系统控制相控阵探头对各分区进行扫查，每个分区都有相对应的聚焦通道用以检测，检测结果以双门带状图显示，再辅以TOFD（超声波衍射时差法）和体积通道扫描功能进行检测。通道是一个阵元超声波束的剖面数，一个阵元对应一个通道，以避免由相邻的几何反射体所造成的干扰信号及相邻波束的过度重叠。根焊检测一般采用一次波扫描根部通道，以PE模式（超声波束自发自收）或PC模式（超声波束一发一收），超声波束全覆盖整个根部区域，波束应垂直于根焊区坡口入射并在根焊区坡口聚焦，同时由根部体积通道检测对体积性缺陷进行识别。根部体积通道可采用40°～70°的一次波进行扫描，不应采用聚焦波束。

全自动超声波扫查图分为上游通道、上游体积通道、上游根部体积通道、TOFD通道、下游根部体积通道、下游体积通道、下游通道带状图，主要对各通道检测信号进行识别并据此评判根焊缺陷情况。

2  环焊缝坡口及模拟试块

（1）环焊缝坡口形式。全自动超声波检测一般根据待检测焊缝的坡口形式、壁厚等参数，在壁厚方向将焊缝分为2 mm～3 mm高的分区，按照焊缝检测工艺模拟试块坡口分区。中俄东线某段管径为1219 mm，壁厚18.4 mm，环焊缝CRC坡口形式如图 1所示，根部坡口角度37.5°，高度1.6 mm，钝边高度1.1 mm。

图 1 中俄东线1219 mm管道CRC坡口示意图（壁厚18.4 mm）

（2）模拟试块根部标准反射体设置。模拟含有根部缺陷的试块用以验证检测工艺。根部标准反射体与根部坡口角度一致，当根部高度不大于2 mm时，应选用垂直高度不大于1 mm的方槽或尖角槽。本次采用高1 mm、宽1 mm、长10 mm的方槽作为根部标准反射体。根部探头对应发射角度为52.5°的根部熔合线上的反射体。时间门用来设定超声波扫查范围，滤掉指定区域以外的反射信号，波幅门在时间门范围内采集波幅信号。时间门通常为熔合线前4 mm～5 mm，但是要延伸到根部底面远侧端部，波幅门通常设置在熔合线前4 mm～5 mm、中心线后1 mm。当没有反射体信号或者信号在时间门外显示，可提示检测人员对导轨不正、错边和波幅门的虚假信号进行判定等，用来监控导轨位置是否正确。

3  根焊检测信号及判别方法

（1）带状图任一侧两个时间门信号不同但连续。一个原因是导轨不正，造成信号在时间门连续的轻微改变。再一个原因是导轨距离焊缝中心线没有精确到200 mm，可能在焊接前没用划线器划线。如果任一侧的时间门误差大于正负1 mm，将被要求重新固定导轨重新扫描， 这种差别可以通过根部体积通道扫描进行监控。

（2）焊道两边上下游时间门信号不同，可能原因是焊道有分支或焊道成形不良。焊道成形不良通常在钝边通道也有相应的几何反射信号。如图 2所示，钝边总是垂直的，钝边通道如果采用PE模式，该通道的超声波束容易打在根部几何反射体上，一般结合两侧的钝边通道反射信号，根部通道和在时间闸门的位置进行判定，红蓝标尺线之间根部通道时间门较长，钝边通道显示伪像波幅信号，这就是根部的几何反射信号。

图 2 下游钝边通道显示的根部几何信号示例

（3）在同一侧的带状图时间门不同或者出现跳门。一个可能原因是错边。错边虽不评为缺陷，但必须要正确判定为错边。一般通过检查TOFD通道底面波的分叉现象，错边处显示双底面波形等。

4  超过波幅门信号的识别及判定

（1）一个超过波幅闸门的根部信号（波幅信号从绿变红），首先要检查信号处于时间门的位置是在熔合线处还是在中心线以外。

（2）检查相应的根部体积通道，验证或者确认这个反射信号，一个相关的信号也可能在对侧根部体积通道显示，即上游偏离时间门中心的信号有可能在下游侧体积通道显示出来，反之下游侧偏离时间门的信号有可能在上游侧体积通道显示。

（3）检查TOFD通道是否是一个近表面的信号，从缺陷端点的衍射信号可能是靠近底面波的不连续线，但是底面可能掩盖这个根部信号。如图 3所示，根据时间门的长短可以看出根部、钝边、热焊通道既有根部几何反射波，又有根部未熔合缺陷信号。

图 3 根部通道既有未熔合缺陷信号又有几何反射信号

（4）如果出现根部多通道信号，要检查TOFD 底面波信号判断是否有根部开口缺陷或裂纹。

（5）如果反射信号出现在闸门位中间，可能是坡口未熔合，通常信号连续、波幅较大、有一定长度。如果钝边通道也能观察到相关信号显示，则可能是根部断弧、根部未熔合、根部裂纹、错边等等。如图 4红蓝线之间，从带状图闸门位置和根部体积通道很明显看出这是一个根部未熔合缺陷。

图 4 根部未熔合缺陷

5  结语

经采用全自动超声波检测，中俄东线某段1219 mm大口径管道建设工程单日检测焊口超过75道，一次合格率高达97.5%，检测时效大大提高。在工程初期全自动超声波检测过程中，检测准备、导轨安装、试块校准等方面还不够熟练精确，扫查图中出现许多干扰信号波和几何反射信号，造成根部缺陷难以识别和评判。最后通过重扫，并结合射线检测及时进行验证，保证了根焊缺陷评判结果准确，也积累了全自动超声波检测评图经验。判图人员应对根部通道、TOFD通道和体积通道带状图信号有效识别，并结合试块校准图进行综合分析，以正确评判根部焊接质量。

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作者简介：张金光，1975年生，本科，一级建造师/无损检测高级检测师, 现主要从事特种设备检验检测工作。联系方式：16501190008，2056229127@qq.com。