CN103512951A - 低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法，即预制含缺陷试验管，对试验管对接焊缝进行X射线和超声导波检测，将检测波形图与X射线底片对比分析，给出可检出的最小缺陷尺寸；校准安装检测仪器并对管道实施检测得到各焊缝非对称信号的距离-波幅曲线；距离-波幅曲线在-32dB噪声线以上的焊缝进行聚焦；根据非对称信号幅度进行焊缝缺陷的严重性等级划分；根据严重性等级和聚焦结果对焊缝缺陷进行综合评级；综合评级为2级或3级的对接焊缝采用常规无损检测方法进行复验，得到存在缺陷的管道对接焊缝。本方法利用低频超声导波快速检测管道对接焊缝缺陷，降低了漏检率及检测成本，提高了检测效率，保证了传输管道的安全可靠性。

Description

低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法

技术领域

本发明涉及一种低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法。

背景技术

管道运输在经济建设和国防工业中发挥着越来越重要的作用。管道泄漏事故一旦发生，不仅造成大量物质损失，更为严重的是有可能带来人身伤亡或设备事故。管道缺陷检测是管道安全检测的重要方面。由于检测手段的制约，检测、维修缺少科学性，从而造成人力、物力的巨大浪费。因此发展一种经济实用、快速高效的管道检测技术成为亟待解决的问题。

低频超声导波检测技术是目前无损检测领域最具意义的突破性进展之一，它越来越多的被用在石油，化工，能源等行业管线的缺陷检测上；低频超声导波检测技术的检测频率刚好在可听频率以上，超声导波检测系统发生的声波从固定在管道周围的探头环发射，属超声波范畴的低频声波以适当的声波模式产生，该频率范围不需要液体进行耦合，采用机械或气体施加到探头的背面以保证探头与管道表面接触，从而达到超声波良好的耦合；管道环向的超声波探头均匀的间隔排列，使得声波以管道轴芯为对称传播。

声波的传播主要受声波的频率和材料的厚度控制，在遇到管道壁厚发生变化的位置，如管道局部腐蚀情况，无论壁厚增加或减少，一定比例能量的声波被反射回探头，因此为检测管道的不连续性提供了机理。

在这种情况下，管道的特征如环行焊缝，壁厚的增加在管道周向是对称的，因此上升的环向波峰被均匀的反射回来，而反射的声波也是对称的。由相同的声波模式作为入射波在有腐蚀的区域，厚度的减少将被集中，导致入射声波的散射附加到反射并发生声波模式转换，趋于产生管道弯曲波，该信号的出现是管道不连续的强烈显示，如管道腐蚀，它的反射波是非对称的。低频超声导波能够检测和区分对称波和非对称波（管道弯曲波）并能显示这二种声波。

超声导波检测的优点是在一个检测点，可检测管道二个方向几米到上百米的管壁腐蚀，而常规超声波检测只能检测管壁每点的腐蚀；可检测人员无法接近部位的管壁腐蚀，如埋地管道，穿跨越管道等；且检测速度快、效率高，检测部位100%覆盖，无漏检。其对管道横截面上的金属损失非常敏感，检测精度为横截面积的3%、可靠精度为横截面积的9%。

通常超声导波检测定义了四条距离-波幅（DAC）曲线， 0dB线为管道的端部反射线，-14dB线为对接焊缝反射线，-26dB线为管道壁厚9%截面损失反射线，-32dB线为噪声线。此类型导波检测系统采用多模式检测方式。每个驱动模块上可以安装3～5个探头。多模式检测方式的优点是既可以发射两种模式的波，又可以接收相同或不同模式的波，极大地增加了缺陷的检出率。其具有的聚焦功能，可以确定缺陷在环向的位置和环向长度，也可以估计出缺陷的深度，区别长的浅缺陷和窄的深缺陷。

超声导波检测技术目前国内外皆用于管道腐蚀的快速检测，如对长输埋地管道、架空管道、海上钻井平台导管、大型球罐支柱的腐蚀检测等。

管道对接焊缝中的缺陷也是管道中比较危险和常见的缺陷，是造成管道失效的主要原因之一。每根管道都具有较多的对接焊缝，定期检测时不可能对每个对接焊缝进行检测，大比例的抽查也将使检测的成本大幅上升，其中包括检测费用、脚手架及包温层的拆装费用等，而且在带保温层及空间复杂的管道上要实现大比例的抽查也不现实，因此制定一种能大面积快速扫查管道对接焊缝的方法是非常必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法，本方法利用低频超声导波快速检测管道对接焊缝中的缺陷，降低了漏检率及检测成本，提高了检测效率，保证了传输管道的安全可靠性。

为解决上述技术问题，本发明低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法包括如下步骤：

步骤一、预制含未焊透和未熔合缺陷的试验管，对试验管的对接焊缝分别进行X射线和超声导波检测，并将超声导波检测波形图与X射线底片进行对比分析，给出可检出的最小缺陷尺寸；

步骤二、对低频超声导波检测仪器进行校准，校准包括对称信号和非对称信号，根据被检管道设定检测条件和参数，采用与被检管道匹配的传感器和卡具组合安装于被检管道检测点外圈，启动低频超声导波检测仪器实施检测并采集检测数据，得到被检管道检测点前后方向各对接焊缝非对称信号的距离-波幅曲线；

步骤三、进行检测数据分析，各对接焊缝非对称信号的距离-波幅曲线在-32dB噪声线以上的焊缝进行聚焦；

步骤四、针对对接焊缝缺陷进行评定，按对接焊缝缺陷的严重性进行等级划分，非对称信号幅度小于-26dB为I级，非对称信号幅度在-26dB与-14dB之间为Ⅱ级，非对称信号幅度大于-14dB为Ⅲ级；

步骤五、结合对接焊缝缺陷的严重性等级和聚焦结果，对管道对接焊缝缺陷进行综合评级，当对接焊缝缺陷的严重性等级为I级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为2级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；当对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅱ级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为3级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；当对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅲ级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为3级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；聚焦为单一方向、二个方向和三个方向分别为对接焊缝非对称信号在一个方向有极值、在二个方向有极值和在三个方向有极值；

步骤六、管道对接焊缝缺陷的综合评级为2级或3级的对接焊缝采用超声或射线常规无损检测方法进行复验，得到存在缺陷的管道对接焊缝。    

由于本发明低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法采用了上述技术方案，即预制含未焊透和未熔合缺陷的试验管，对试验管的对接焊缝分别进行X射线和超声导波检测，并将超声导波检测波形图与X射线底片进行对比分析，给出可检出的最小缺陷尺寸；校准安装检测仪器并对管道实施检测得到各焊缝非对称信号的距离-波幅曲线；各焊缝非对称信号的距离-波幅曲线在-32dB噪声线以上的焊缝进行聚焦；根据非对称信号幅度进行对接焊缝缺陷的严重性等级划分，分别为I级、Ⅱ级和Ⅲ级；根据严重性等级和聚焦结果对管道对接焊缝缺陷进行综合评级，分别为1级、2级和3级；对综合评级为2级或3级的对接焊缝采用超声或射线常规无损检测方法进行复验，得到存在缺陷的管道对接焊缝。本方法利用低频超声导波快速检测管道对接焊缝中的缺陷，降低了漏检率及检测成本，提高了检测效率，保证了传输管道的安全可靠性。

具体实施方式

本发明低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法包括如下步骤：

步骤一、预制含未焊透和未熔合缺陷的试验管，对试验管的对接焊缝分别进行X射线和超声导波检测，并将超声导波检测波形图与X射线底片进行对比分析，给出可检出的最小缺陷尺寸；

步骤二、对低频超声导波检测仪器进行校准，校准包括对称信号和非对称信号，根据被检管道设定检测条件和参数，采用与被检管道匹配的传感器和卡具组合安装于被检管道检测点外圈，启动低频超声导波检测仪器实施检测并采集检测数据，得到被检管道检测点前后方向各对接焊缝非对称信号的距离-波幅曲线；

步骤三、进行检测数据分析，各对接焊缝非对称信号的距离-波幅曲线在-32dB噪声线以上的焊缝进行聚焦；焊缝聚焦是低频超声导波检测仪器利用相控阵的原理，对被检管道某一截面圆周方向进行能量聚焦，并能给出该截面圆周各方向的能量反射强度，借以判断各方向的缺陷分布情况；

步骤四、针对对接焊缝缺陷进行评定，按对接焊缝缺陷的严重性进行等级划分，非对称信号幅度小于-26dB为I级，非对称信号幅度在-26dB与-14dB之间为Ⅱ级，非对称信号幅度大于-14dB为Ⅲ级；

步骤五、结合对接焊缝缺陷的严重性等级和聚焦结果，对管道对接焊缝缺陷进行综合评级，当对接焊缝缺陷的严重性等级为I级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为2级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；当对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅱ级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为3级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；当对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅲ级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为3级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；聚焦为单一方向、二个方向和三个方向分别为对接焊缝非对称信号在一个方向有极值、在二个方向有极值和在三个方向有极值；

步骤六、管道对接焊缝缺陷的综合评级为2级或3级的对接焊缝采用超声或射线常规无损检测方法进行复验，得到存在缺陷的管道对接焊缝。

在超声导波检测管体腐蚀的过程中，含有缺陷的管道对接焊缝处的反射回波有一定的特征，如良好的管道对接焊缝，管道对接焊缝处壁厚的增加在管道周向是对称的，上升的环向波峰被均匀反射回来，因此反射的声波也是对称的；而对于含有缺陷的管道对接焊缝，导致入射声波散射附加到反射声波并发生模式转换，模式转换声波由于不统一的声源趋于产生管道弯曲波，据此即可将超声导波应用于管道焊缝缺陷的快速检测，并以此作为制定焊缝常规无损检测抽查策略的依据，并对难于接触部位焊缝进行检测，降低焊缝抽检的风险，提高管道运行的安全可靠性。

本方法在管道一个检测部位可检测管道二侧数道焊口，具体数量视管道焊口之间的距离及影响超声导波传播距离的因素确定，已实际检测过的是管道二侧各七道焊口，检测效率提高数倍；对架空、带保温层的管道，只需搭设一处或利用管道已有平台、拆除一处长300mm的保温层，即可实施检测，可节省脚手架搭拆、保温层拆装的费用，如以一次检测2×7=14道焊口为例，可节省13/14脚手架搭拆、保温层拆装的费用；同时可对无法接近部位的管道焊缝进行检测，提高管道安全运行的可靠性；本方法先进行超声导波检测，再对存在缺陷的焊缝进行常规无损检测复验，可降低管道焊缝抽检的风险。本方法可检测出焊缝部位截面上投影面积超过3%的焊接缺陷，满足管道对接焊缝接头的检测需求。

采用本方法以φ273×10管道的检测为例，该管道长36米并设有九个对接焊缝，对管道进行超声导波检测得到各对接焊缝的非对称信号距离-波幅曲线，根据检测的结果对各对接焊缝缺陷进行综合评级，综合评级为2级或3级的对接焊缝进行100%的X射线检测，然后将超声导波检测结果与X射线检测底片进行对比分析，得到存在缺陷的对接焊缝；检测发现该管道第三对接焊缝的非对称信号较其他焊缝高，且造成对称波能量降低，非对称波幅度大于-14dB，据此该对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅲ 级，经聚焦后结果呈现明显的指向性，为单一方向并指向方向为45°，因此综合评级为3级；然后对第三对接焊缝进行X射线检测，X射线底片显示该第三对接焊缝为未焊透。检测发现该管道第四对接焊缝的非对称信号幅度在-14dB与-26dB之间，据此该对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅱ 级，经聚焦后结果呈现明显的指向性，为单一方向并指向方向为135°，因此综合评级为3级；然后对第四对接焊缝进行X射线检测，X射线底片显示该第四对接焊缝为未焊透。检测结果显示，本方法采用超声导波检测管道对接焊缝，可检测出管道对接焊缝中的未焊透或未熔合等超标缺陷。

Claims (1)

1.一种低频超声导波检测管道对接焊缝缺陷的方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、预制含未焊透和未熔合缺陷的试验管，对试验管的对接焊缝分别进行X射线和超声导波检测，并将超声导波检测波形图与X射线底片进行对比分析，将超声导波所能检出的缺陷信号与X射线底片对照，将其中X射线底片所显示的最小缺陷尺寸作为超声导波检测可检出的最小缺陷尺寸；

步骤二、根据超声导波检测可检出的最小缺陷尺寸，对低频超声导波检测仪器进行校准，校准包括对称信号和非对称信号，根据被检管道管径，材质，壁厚，现场温度，支架形式设定检测条件和参数，采用与被检管道匹配的传感器和卡具组合安装于被检管道检测点外圈，启动低频超声导波检测仪器实施检测并采集检测数据，得到被检管道检测点前后方向各对接焊缝非对称信号的距离-波幅曲线；

步骤三、进行检测数据分析，各对接焊缝非对称信号的距离-波幅曲线在-32dB噪声线以上的焊缝进行聚焦；

步骤四、针对对接焊缝缺陷进行评定，按对接焊缝缺陷的严重性进行等级划分，非对称信号幅度小于-26dB为I级，非对称信号幅度在-26dB与-14dB之间为Ⅱ级，非对称信号幅度大于-14dB为Ⅲ级；

步骤五、结合对接焊缝缺陷的严重性等级和聚焦结果，对管道对接焊缝缺陷进行综合评级，当对接焊缝缺陷的严重性等级为I级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为2级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；当对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅱ级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为3级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；当对接焊缝缺陷的严重性等级为Ⅲ级时，聚焦为单一方向或二个方向的综合评级为3级，聚焦为三个方向的综合评级为1级；聚焦为单一方向、二个方向和三个方向分别为对接焊缝非对称信号在一个方向有极值、在二个方向有极值和在三个方向有极值；

步骤六、管道对接焊缝缺陷的综合评级为2级或3级的对接焊缝采用超声或射线常规无损检测方法进行复验，得到存在缺陷的管道对接焊缝。