1 鋼懸鏈線立管
鋼懸鏈線立管集海底管線與立管于一身，用來連接海底生產系統與油氣處理平臺，其分為常規海管區域、非關鍵區域和關鍵區域。SCR管線設計如圖1所示。
2 檢測方法
SCR管線在服役期間受到循環應力的作用，但不允許對焊縫進行任何返修作業，因此精確評定缺陷的尺寸至關重要。
射線檢測不能測定缺陷的高度和深度，常規超聲檢測和相控陣檢測技術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既具有發現微小缺陷的能力，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標準規定了用分區法相控陣AUT對海底管線焊縫進行檢測。
分區法檢測技術依據焊縫的坡口形式設置焊縫根部、熱焊、填充及蓋面等分區，每個分區高度為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。每個分區設置獨立的檢測波束，其以焊縫中心線對稱布置，波束設置如圖2所示，并有效覆蓋焊縫中心，實現焊縫檢測區域的有效檢測，檢測結果以帶狀圖的方式顯示，如圖3所示。
管線采用ECA技術驗收，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
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缺陷高度 |
缺陷允許長度 |
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1 |
17 |
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2 |
13 |
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3 |
10 |
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4 |
8 |
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5 |
6 |
3 AUT檢測試驗
01 AUT檢測系統
使用PipeWIZARD-V4檢測系統，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，掃查裝置安裝在固定式導軌上，通過PipeWIZARD系統軟件控制掃查器行走，實現焊縫的機械化掃查、數據實時顯示及評判。
02 檢測對象
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，通過調整焊接工藝參數制作了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、內部密集氣孔及層間未熔合等體積型缺陷。
03 缺陷高度定量方法及修正
每個通道設置獨立的反射體進行靈敏度校準，焊縫表面設置規格(長×寬)為1mm×1mm的槽，根部設置規格(長×寬)為1mm×1mm的槽，填充及熱焊區設置直徑為2mm的平底孔，焊縫中心設置直徑為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置為滿屏高度的80%，填充區相鄰通道覆蓋15%~50%的滿屏高度，典型AUT校準試塊反射體布置如圖4所示。
缺陷的高度采用波幅法評定，缺陷高度與波幅成正比，設定波幅為80%滿屏高度對應的尺寸為該通道反射體尺寸，波幅超過滿屏高度時，分區高度即是缺陷高度(具體定量數據略，可參見原文)。若TOFD通道有清晰顯示，且能區分上下尖端信號，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數據進行常規高度評定及波幅高度修正評定，如表2所示。
表2 AUT修正前后數據
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波幅/% |
未修正AUT高度/mm |
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D6 |
81 |
2.5 |
1.6 |
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D7 |
25,100,54 |
7.5 |
3.1 |
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數據修正后的評定精度。
表3 AUT與金相檢驗測量數據對比
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金相檢驗高度/mm |
未修正AUT-金相檢驗偏差/mm |
||
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D6 |
1.4 |
1.1 |
0.2 |
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D7 |
2.8 |
4.7 |
0.3 |
由表3所示的對比數據可見，修正后的AUT評定值更精確。
04 數據分析
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。具體AUT結果與金相檢驗結果略，可參見原文。
通過將AUT結果與金相檢驗結果進行對比，得出對于焊縫蓋面、填充區、熱焊及根部不同位置的缺陷，其修正后的AUT評定結果與金相檢驗評定高度最大偏差為0.8mm，深度最大偏差為1.4mm。
4 結語
對AUT評定的46個不同位置缺陷進行金相檢驗，修正后的AUT缺陷高度與金相檢驗評定結果具有一致性，缺陷定量精度最大偏差小于1mm，修正后的AUT工藝可應用于基于ECA驗收標準的SCR管線的焊縫檢測。
