长输石油天然气管道环焊缝的超声检测浅析

摘要：无损检测作为一项经过实践检测的技术，是保障长输管道焊接质量的重要手段，其可以有效的就管道寿命进行延长。随着长输管道建设的不断发展，许多先进的无损检测新技术、新工艺在长输管道无损检测施工中得以推广应用，产生了重大的经济效益和社会效益，使长输管道无损检测的发展逐步进入一种良性循环轨道。本文对当前石油天然气长输管道广泛应用的全自动超声检测系统及天然气管道的环焊缝无损探伤检测技术进行了针对性的探究，并就其检测原理做出了系统的分析论述。

关键词：石油；天然气；长输管道；环焊缝；超声检测；分析

中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：

伴随国家经济水平的提升，近年来我国天然气、石油行业经历了迅速的发展，从而也加速了石油天然气长输管道的建设发展。我国目前建设施工的长输管道工程已达到了一定规模，这类长输管道工程的运行正常与否，直接影响着我国及各地区经济的稳步发展，因此加强对其的监管，是维持其正常运行的必然措施。

一、长输管道发展综述

管道运输是石油、天然气的一种大规模而且经济的输送方式，作为石油天然气行业产品的主要运输方式，其具有经济、安全和不间断、输送距离远、焊接工作量大、环境条件差、质量要求高的特点。为了控制工程质量，确保管线的正常安全运行，需要有效的探伤手段来作为质量检测和控制的有效手段。在长输管道检测技术的发展过程中，主要应用的探伤方法为射线探伤和超声探伤。近些年来超声检测的发展势头迅猛，尤其在国家“西气东输”工程中发挥了重要的作用，今后超声波探伤将成为发展的必然趋势。

二、环焊缝综述

长输管道建设中焊接是主要的工序，焊接的质量会直接关系到建设的速度和使用质量，长输管线环焊缝焊接的缺陷必须采用适当的措施来检测并修复从而保证管道的质量。长输管线常用焊接方法有焊条电弧焊、自保护药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护焊(SrI-I'半自动焊和CRC全自动焊)等3 种方式。例如“西气东输”二线工程在西段地区因地势比较平坦采用CRC 全自动焊施工较多。在地形复杂的地区(如水网、丘陵、山地等)多采用焊条电弧焊和半自动焊方法施工。不同的焊接方法产生不同的缺陷，常出现的缺陷有未焊透、未熔合、夹渣以及气孔等。长输管道焊接中出现的未熔合缺陷主要有侧壁以及层间未熔合两种情况；用于根焊的焊接方法主要是焊条电弧焊以及STT半自动焊，以上焊接方法容易出现未焊透的缺陷；长输管线焊接施工中气孔是常见的焊接缺陷之一，其产生的主要原因有：焊材和工件受潮、电弧过长、工件待焊部位未清理干净、保护气体流量不合适等。以上缺陷应该采用合适的检测方法进行探伤，及时检测出焊接过程中的缺陷，防止环焊缝出现质量问题，无法满足长输管道的工作需求。

三、超声检测的发展及原理分析

（一）超声检测的原理及优势分析

采用全自动超声波进行探伤，能够大大提高探伤结果的可信度，提高探伤结果的准确率。全自动超声波探伤系统的特点是：探伤速度快，最高速度为100 mm／s。由于采用了相控阵技术，可实时检测存储探伤数据，打印完整的彩色扫查图，可刻写数据光盘对探伤数据进行备份。全自动超声波探伤系统采用A 扫描、B 扫描和TOFD 3 种扫描方式，实现了缺陷图像彩色显示。全自动超声波探伤原理是：将焊缝分成几个分区，每个分区高为l—3 mm，焊缝的某一区域可以由一个分区来检测，如根部区、钝边区；或者由几个分区来探伤，如热焊区、填充区。每个分区都由各自的聚焦声束探伤，探头角度根据坡口角度和熔合线上的未熔合尺寸来确定。超声波探伤有很多的技术优点，能够解决传统检测方法难以解决的一些环焊缝的缺陷。首先，全自动超声波的检测速度快，很在施工现场就出具探伤的结果，工作效率高。全自动超声系统探伤系统不仅能够确定缺陷沿焊缝长度方向的位置，还可以通过区域分割划分的方式得出缺欠在垂直方向的位置和缺陷自身高度。与射线探伤相比，这一优势使缺陷自身高度也考虑到了焊缝评价之中。由于采用了聚焦声束进行探伤，对缺陷的定位、定量更加精确，从而能得出更加准确的结果。

（二）超声检测在长输管道中的具体使用论述

长输管道环焊接常出现的问题主要有焊透，夹渣，未熔合，裂纹以及气孔等，由于这些缺陷的几何形态各不相同，超声检测这些缺陷时反射回波的特征相应的也各不相同。一般情况下气孔呈空心状，其介质成份为气体,反射界面规则光滑,单个气孔回波幅度底,波形为单峰并且较不稳定, 从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，而密集气孔则经常出现一连串的反射波，加之波高与气孔的大小有关,从不同的方位探测,波幅会随探头移动面作平滑变化, 当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。未焊透属于面状缺陷, 未焊透呈线状或条状,一般出现在焊缝中部或根部，其反射率高，回波的波幅较高,探头在移动面作平滑平移时，波形相对稳定；在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅；探头垂直焊缝转动时,波形消失的很快。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。焊缝中的裂纹种类很多，一般裂纹的回波高度较大,波幅较宽会出现多峰的情况。探头平滑移动时,反射波会连续出现,波幅亦有变动；探头转动时,波峰上下错动。另外,裂纹很容易出现在焊缝的热影响区,而且裂纹多垂直于焊缝,探测时,应在平行于焊缝方向扫查。裂纹是一种危险性最大的缺陷，它除降低焊接接头的强度外，还因裂纹的末端呈尖销的缺口，焊件承载后，引起应力集中，成为结构断裂的起源。通常情况下点状夹渣回波信号与主峰边上有小峰点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同，未熔合包括坡口和层间未熔合,片状缺陷类似裂纹,但表面比裂纹要光滑。探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。

全自动超声波检测不仅具有高效的突出优势，除此之外，还能够对管道环焊缝质量进行全过程控制。根据检测结果，在现场就能够评定出焊缝焊接质量，监理工程师和焊接机组能够及时得到焊接质量信息，根据焊缝中的缺欠性质和位置及时调整全自动焊接工艺参数，有利于焊接机组提高焊接质量。而且全自动超声探测对线形缺陷尤其是未熔合缺陷的检出率很高，夹层未熔合缺陷在射线底片上一般无显示或显示不明显，但在超声检测的扫查图中由于超声波对这一类缺欠非常敏感，可以清楚地看到此类缺陷，避免探伤的遗漏。

结束语：

我国经过各种工程的实践考验证明超声检测在长输管道的检测中起到重要的作用，能够确保无损检测的质量，确保管道环焊缝的质量。尤其全自动超声波检测技术更是充分体现了其技术的先进性，在未来的长输管道无损检测中，全自动超声波检测将会占据主导地位，是今后超声波检测发展的必然趋势。

参考文献：

[1] 薛振奎,白世武,詹华等.国内长输管道对接环焊缝相控阵全自动超声检测装置的研制[J].焊管,2006,29(4):44-48.

[2] 詹湘琳,李健,张宇等.用于管道环焊缝缺陷检测的超声相控阵系统[C].//仪器仪表学报.2006:1427-1428.

[3] 项阳.管道环焊缝自动检测系统相控阵传输软件设计及其实现[C].//2008年第六届中国北方焊接学术会议论文集.2008:135-139.

[4] 黄磊,李云龙.管道环焊缝相控阵自动超声波检测技术[J].焊管,2006,29(4):40-44.