低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法
2023-07-08 17:12:31
低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法，即預製含缺陷試驗管，對試驗管對接焊縫進行X射線和超聲導波檢測，將檢測波形圖與X射線底片對比分析，給出可檢出的最小缺陷尺寸；校準安裝檢測儀器並對管道實施檢測得到各焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線；距離-波幅曲線在-32dB噪聲線以上的焊縫進行聚焦；根據非對稱信號幅度進行焊縫缺陷的嚴重性等級劃分；根據嚴重性等級和聚焦結果對焊縫缺陷進行綜合評級；綜合評級為2級或3級的對接焊縫採用常規無損檢測方法進行復驗，得到存在缺陷的管道對接焊縫。本方法利用低頻超聲導波快速檢測管道對接焊縫缺陷，降低了漏檢率及檢測成本，提高了檢測效率，保證了傳輸管道的安全可靠性。
【專利說明】低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法。
【背景技術】
[0002]管道運輸在經濟建設和國防工業中發揮著越來越重要的作用。管道洩漏事故一旦發生，不僅造成大量物質損失，更為嚴重的是有可能帶來人身傷亡或設備事故。管道缺陷檢測是管道安全檢測的重要方面。由於檢測手段的制約，檢測、維修缺少科學性，從而造成人力、物力的巨大浪費。因此發展一種經濟實用、快速高效的管道檢測技術成為亟待解決的問題。
[0003]低頻超聲導波檢測技術是目前無損檢測領域最具意義的突破性進展之一，它越來越多的被用在石油，化工，能源等行業管線的缺陷檢測上；低頻超聲導波檢測技術的檢測頻率剛好在可聽頻率以上，超聲導波檢測系統發生的聲波從固定在管道周圍的探頭環發射，屬超聲波範疇的低頻聲波以適當的聲波模式產生，該頻率範圍不需要液體進行耦合，採用機械或氣體施加到探頭的背面以保證探頭與管道表面接觸，從而達到超聲波良好的耦合；管道環向的超聲波探頭均勻的間隔排列，使得聲波以管道軸芯為對稱傳播。
[0004]聲波的傳播主要受聲波的頻率和材料的厚度控制，在遇到管道壁厚發生變化的位置，如管道局部腐蝕情況，無論壁厚增加或減少，一定比例能量的聲波被反射回探頭，因此為檢測管道的不連續性提供了機理。
[0005]在這種情況下，管道的特徵如環行焊縫，壁厚的增加在管道周向是對稱的，因此上升的環向波峰被均勻的反射回來，而反射的聲波也是對稱的。由相同的聲波模式作為入射波在有腐蝕的區域，厚度的減少將被集中，導致入射聲波的散射附加到反射並發生聲波模式轉換，趨於產生管道彎曲波，該信號的出現是管道不連續的強烈顯示，如管道腐蝕，它的反射波是非對稱的。低頻超聲導波能夠檢測和區分對稱波和非對稱波(管道彎曲波)並能顯示這二種聲波。
[0006]超聲導波檢測的優點是在一個檢測點，可檢測管道二個方向幾米到上百米的管壁腐蝕，而常規超聲波檢測只能檢測管壁每點的腐蝕；可檢測人員無法接近部位的管壁腐蝕，如埋地管道，穿跨越管道等；且檢測速度快、效率高，檢測部位100%覆蓋，無漏檢。其對管道橫截面上的金屬損失非常敏感，檢測精度為橫截面積的3%、可靠精度為橫截面積的9%。
[0007]通常超聲導波檢測定義了四條距離-波幅(DAC)曲線，OdB線為管道的端部反射線，-14dB線為對接焊縫反射線，-26dB線為管道壁厚9%截面損失反射線，-32dB線為噪聲線。此類型導波檢測系統採用多模式檢測方式。每個驅動模塊上可以安裝3?5個探頭。多模式檢測方式的優點是既可以發射兩種模式的波，又可以接收相同或不同模式的波，極大地增加了缺陷的檢出率。其具有的聚焦功能，可以確定缺陷在環向的位置和環向長度，也可以估計出缺陷的深度，區別長的淺缺陷和窄的深缺陷。
[0008]超聲導波檢測技術目前國內外皆用於管道腐蝕的快速檢測，如對長輸埋地管道、架空管道、海上鑽井平臺導管、大型球罐支柱的腐蝕檢測等。[0009]管道對接焊縫中的缺陷也是管道中比較危險和常見的缺陷，是造成管道失效的主要原因之一。每根管道都具有較多的對接焊縫，定期檢測時不可能對每個對接焊縫進行檢測，大比例的抽查也將使檢測的成本大幅上升，其中包括檢測費用、腳手架及包溫層的拆裝費用等，而且在帶保溫層及空間複雜的管道上要實現大比例的抽查也不現實，因此制定一種能大面積快速掃查管道對接焊縫的方法是非常必要的。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是提供一種低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法，本方法利用低頻超聲導波快速檢測管道對接焊縫中的缺陷，降低了漏檢率及檢測成本，提高了檢測效率，保證了傳輸管道的安全可靠性。
[0011]為解決上述技術問題，本發明低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法包括如下步驟:
步驟一、預製含未焊透和未熔合缺陷的試驗管，對試驗管的對接焊縫分別進行X射線和超聲導波檢測，並將超聲導波檢測波形圖與X射線底片進行對比分析，給出可檢出的最小缺陷尺寸；
步驟二、對低頻超聲導波檢測儀器進行校準，校準包括對稱信號和非對稱信號，根據被檢管道設定檢測條件和參數，採用與被檢管道匹配的傳感器和卡具組合安裝於被檢管道檢測點外圈，啟動低頻超聲導波檢測儀器實施檢測並採集檢測數據，得到被檢管道檢測點前後方向各對接焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線；
步驟三、進行檢測數據分析，各對接焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線在_32dB噪聲線以上的焊縫進行聚焦；
步驟四、針對對接焊縫缺陷進行評定，按對接焊縫缺陷的嚴重性進行等級劃分，非對稱信號幅度小於_26dB為I級，非對稱信號幅度在_26dB與-14dB之間為II級，非對稱信號幅度大於-14dB為III級；
步驟五、結合對接焊縫缺陷的嚴重性等級和聚焦結果，對管道對接焊縫缺陷進行綜合評級，當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為I級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為2級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為II級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為3級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為III級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為3級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；聚焦為單一方向、二個方向和三個方向分別為對接焊縫非對稱信號在一個方向有極值、在二個方向有極值和在三個方向有極值；
步驟六、管道對接焊縫缺陷的綜合評級為2級或3級的對接焊縫採用超聲或射線常規無損檢測方法進行復驗，得到存在缺陷的管道對接焊縫。
由於本發明低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法採用了上述技術方案，即預製含未焊透和未熔合缺陷的試驗管，對試驗管的對接焊縫分別進行X射線和超聲導波檢測，並將超聲導波檢測波形圖與X射線底片進行對比分析，給出可檢出的最小缺陷尺寸；校準安裝檢測儀器並對管道實施檢測得到各焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線；各焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線在_32dB噪聲線以上的焊縫進行聚焦；根據非對稱信號幅度進行對接焊縫缺陷的嚴重性等級劃分，分別為I級、II級和III級；根據嚴重性等級和聚焦結果對管道對接焊縫缺陷進行綜合評級，分別為I級、2級和3級；對綜合評級為2級或3級的對接焊縫採用超聲或射線常規無損檢測方法進行復驗，得到存在缺陷的管道對接焊縫。本方法利用低頻超聲導波快速檢測管道對接焊縫中的缺陷，降低了漏檢率及檢測成本，提高了檢測效率，保證了傳輸管道的安全可靠性。
【具體實施方式】
[0012]本發明低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法包括如下步驟:
步驟一、預製含未焊透和未熔合缺陷的試驗管，對試驗管的對接焊縫分別進行X射線和超聲導波檢測，並將超聲導波檢測波形圖與X射線底片進行對比分析，給出可檢出的最小缺陷尺寸；
步驟二、對低頻超聲導波檢測儀器進行校準，校準包括對稱信號和非對稱信號，根據被檢管道設定檢測條件和參數，採用與被檢管道匹配的傳感器和卡具組合安裝於被檢管道檢測點外圈，啟動低頻超聲導波檢測儀器實施檢測並採集檢測數據，得到被檢管道檢測點前後方向各對接焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線；
步驟三、進行檢測數據分析，各對接焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線在-32dB噪聲線以上的焊縫進行聚焦；焊縫聚焦是低頻超聲導波檢測儀器利用相控陣的原理，對被檢管道某一截面圓周方向進行能量聚焦，並能給出該截面圓周各方向的能量反射強度，藉以判斷各方向的缺陷分布情況；
步驟四、針對對接焊縫缺陷進行評定，按對接焊縫缺陷的嚴重性進行等級劃分，非對稱信號幅度小於_26dB為I級，非對稱信號幅度在_26dB與-14dB之間為II級，非對稱信號幅度大於-14dB為III級；
步驟五、結合對接焊縫缺陷的嚴重性等級和聚焦結果，對管道對接焊縫缺陷進行綜合評級，當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為I級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為2級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為II級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為3級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為III級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為3級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；聚焦為單一方向、二個方向和三個方向分別為對接焊縫非對稱信號在一個方向有極值、在二個方向有極值和在三個方向有極值；
步驟六、管道對接焊縫缺陷的綜合評級為2級或3級的對接焊縫採用超聲或射線常規無損檢測方法進行復驗，得到存在缺陷的管道對接焊縫。
[0013]在超聲導波檢測管體腐蝕的過程中，含有缺陷的管道對接焊縫處的反射回波有一定的特徵，如良好的管道對接焊縫，管道對接焊縫處壁厚的增加在管道周向是對稱的，上升的環向波峰被均勻反射回來，因此反射的聲波也是對稱的；而對於含有缺陷的管道對接焊縫，導致入射聲波散射附加到反射聲波並發生模式轉換，模式轉換聲波由於不統一的聲源趨於產生管道彎曲波，據此即可將超聲導波應用於管道焊縫缺陷的快速檢測，並以此作為制定焊縫常規無損檢測抽查策略的依據，並對難於接觸部位焊縫進行檢測，降低焊縫抽檢的風險，提高管道運行的安全可靠性。
[0014]本方法在管道一個檢測部位可檢測管道二側數道焊口，具體數量視管道焊口之間的距離及影響超聲導波傳播距離的因素確定，已實際檢測過的是管道二側各七道焊口，檢測效率提高數倍；對架空、帶保溫層的管道，只需搭設一處或利用管道已有平臺、拆除一處長300mm的保溫層，即可實施檢測，可節省腳手架搭拆、保溫層拆裝的費用，如以一次檢測2X7=14道焊口為例，可節省13/14腳手架搭拆、保溫層拆裝的費用；同時可對無法接近部位的管道焊縫進行檢測，提高管道安全運行的可靠性；本方法先進行超聲導波檢測，再對存在缺陷的焊縫進行常規無損檢測復驗，可降低管道焊縫抽檢的風險。本方法可檢測出焊縫部位截面上投影面積超過3%的焊接缺陷，滿足管道對接焊縫接頭的檢測需求。
[0015]採用本方法以Φ273Χ 10管道的檢測為例，該管道長36米並設有九個對接焊縫，對管道進行超聲導波檢測得到各對接焊縫的非對稱信號距離-波幅曲線，根據檢測的結果對各對接焊縫缺陷進行綜合評級，綜合評級為2級或3級的對接焊縫進行100%的X射線檢測，然後將超聲導波檢測結果與X射線檢測底片進行對比分析，得到存在缺陷的對接焊縫；檢測發現該管道第三對接焊縫的非對稱信號較其他焊縫高，且造成對稱波能量降低，非對稱波幅度大於-14dB，據此該對接焊縫缺陷的嚴重性等級為III級，經聚焦後結果呈現明顯的指向性，為單一方向並指向方向為45°，因此綜合評級為3級；然後對第三對接焊縫進行X射線檢測，X射線底片顯示該第三對接焊縫為未焊透。檢測發現該管道第四對接焊縫的非對稱信號幅度在-HdB與-26dB之間，據此該對接焊縫缺陷的嚴重性等級為II級，經聚焦後結果呈現明顯的指向性，為單一方向並指向方向為135°，因此綜合評級為3級；然後對第四對接焊縫進行X射線檢測，X射線底片顯示該第四對接焊縫為未焊透。檢測結果顯示，本方法採用超聲導波檢測管道對接焊縫，可檢測出管道對接焊縫中的未焊透或未熔合等超標缺陷。
【權利要求】
1.一種低頻超聲導波檢測管道對接焊縫缺陷的方法，其特徵在於本方法包括如下步驟: 步驟一、預製含未焊透和未熔合缺陷的試驗管，對試驗管的對接焊縫分別進行X射線和超聲導波檢測，並將超聲導波檢測波形圖與X射線底片進行對比分析，將超聲導波所能檢出的缺陷信號與X射線底片對照，將其中X射線底片所顯示的最小缺陷尺寸作為超聲導波檢測可檢出的最小缺陷尺寸； 步驟二、根據超聲導波檢測可檢出的最小缺陷尺寸，對低頻超聲導波檢測儀器進行校準，校準包括對稱信號和非對稱信號，根據被檢管道管徑，材質，壁厚，現場溫度，支架形式設定檢測條件和參數，採用與被檢管道匹配的傳感器和卡具組合安裝於被檢管道檢測點外圈，啟動低頻超聲導波檢測儀器實施檢測並採集檢測數據，得到被檢管道檢測點前後方向各對接焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線； 步驟三、進行檢測數據分析，各對接焊縫非對稱信號的距離-波幅曲線在-32dB噪聲線以上的焊縫進行聚焦； 步驟四、針對對接焊縫缺陷進行評定，按對接焊縫缺陷的嚴重性進行等級劃分，非對稱信號幅度小於_26dB為I級，非對稱信號幅度在_26dB與-14dB之間為II級，非對稱信號幅度大於-14dB為III級； 步驟五、結合對接焊縫缺陷的嚴重性等級和聚焦結果，對管道對接焊縫缺陷進行綜合評級，當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為I級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為2級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為II級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為3級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；當對接焊縫缺陷的嚴重性等級為III級時，聚焦為單一方向或二個方向的綜合評級為3級，聚焦為三個方向的綜合評級為I級；聚焦為單一方向、二個方向和三個方向分別為對接焊縫非對稱信號在一個方向有極值、在二個方向有極值和在三個方向有極值； 步驟六、管道對接焊縫缺陷的綜合評級為2級或3級的對接焊縫採用超聲或射線常規無損檢測方法進行復驗，得到存在缺陷的管道對接焊縫。
【文檔編號】G01N29/04GK103512951SQ201210199696
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月18日 優先權日:2012年6月18日
【發明者】何磊, 顧素蘭 申請人:上海寶鋼工業技術服務有限公司