席永红

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南 洛阳 471012)

0 前言

对长输管道焊缝进行无损检测，长期采用射线胶片照相检测技术和A型脉冲反射法超声检测技术相结合的手段。射线胶片照相检测技术能够留下底片，具有良好的溯源性，可以检出在射线束投射方向有厚度差的缺陷(例如：与射线投射方向平行的裂纹、未熔合等面积型缺陷，以及夹渣、气孔和未焊透等体积型缺陷)。由于角度等原因，在射线束投射方向没有厚度差的缺陷(例如：与射线投射方向垂直的裂纹、未熔合等面积型缺陷则较难检出)。A型脉冲反射法超声检测技术(以下简称A超)对于声束垂直的面积状缺陷有较高的检出灵敏度，但是较难留下与探头扫查路径一致的图像，溯源具有一定的难度，因此，使用A超进行现场检测，要求检测人员有高度的责任心，否则会对危害性较强的面积状缺陷造成漏检。射线胶片照相检测技术和A超结合使用，互相补充，基本涵盖了长输管道焊缝存在的缺陷。但是射线检测有辐射风险，检测效率太低，而A超效率低，人为因素影响大，没有图像见证。

以近年发生的较大的几起长输管道断裂事故为例，都将未熔合确定为断裂源。随着长输管道规格的不断增加，甚至有直径1 422 mm，厚度33.2 mm，承压12 MPa的长输管道投入使用。根据长输管道的实际发展趋势，有必要增加更加先进的检测方法，为保障管道运行安全提供依据。

1 相控阵超声检测和TOFD检测

1.1 相控阵超声检测

相控阵超声检测技术是近期快速发展起来的一种检测方法，它具有以下优点：①具有A/B/C/D图像显示方式，能够将回波信号图像化，可以显示不同截面的图像，容易实现对缺陷的定性、定位和定量；②能够保存检测图谱，检测结果具有可追溯性；可以实现动态聚焦，具有较高的检测灵敏度；③不需要前后移动探头即可一次扫查到焊缝的全体积。

相控阵超声检测技术在新建长输管道中作为A型脉冲反射法超声的替代检测方法得到推广。而由于焊缝中缺陷的方向具有不确定性，在实际检测中常与TOFD检测联合使用。

1.2 TOFD检测

衍射时差法超声检测技术(TOFD)拥有较高的缺陷检出率，能够留下可追溯探头运动轨迹的图像，检测结果具有很高的行业认可度。但由于存在对受检物体上下表面的检测盲区，这种检测方法一直无法单独使用。

2 相控阵超声与TOFD联合检测

①初始扫查使用一对探头，在焊缝两侧采用沿线扫查和扇扫描两种方式进行检测，在检测范围内实现两次检测的声束接近90°交叉，以形成对焊缝的全覆盖。扇扫描角度范围控制在35°～75°，对一次波和二次波同时进行检测，其中一次波应当尽可能多地扫查焊缝的根部。②使用相控阵超声检测技术对焊缝两侧进行探伤的同时，增加一对TOFD探头进行辅助检测，实现“相控阵超声加TOFD检测”，增加了与相控阵声束夹角较小缺陷的检出率。

3 相控阵超声检测工艺的验证

根据长输管道焊缝中的常见缺陷，设计了如图1所示的模拟试块，试块中模拟缺陷的类型及规格如表1所示。

表1 模拟缺陷一览表

使用相控阵超声检测技术对制备好的模拟试块进行扫查，得到的相控阵图谱如图1所示。

图1 模拟试块的相控阵扫查图谱

从相控阵超声检测图谱中可以看出，试块中的10个人工缺陷均能通过相控阵超声检测予以检出，可以初步得出结论，相控阵超声检测对缺陷的检出能力能够满足要求。

4 不同种检测方法的结果对比

4.1 相控阵超声检测、TOFD检测与射线检测结果的对比

对某长输管道项目射线检测、相控阵超声检测和TOFD检测结果进行对比，三种检测方法对不同种类缺陷的检出能力如表2所示。

表2 射线检测、相控阵超声检测和TOFD检测对不同缺陷的检出能力对比

由表2的结果可以得到：对于体积状缺陷，射线检测、相控阵超声检测和TOFD检测的检出能力都较强；对于面积状缺陷，射线检测的检出能力要较相控阵超声检测和TOFD检测稍弱。

4.2 相控阵超声检测、TOFD检测与射线检测对未熔合的检出能力对比

4.2.1焊缝中与坡口角度一致的根部未熔合缺陷

射线检测底片见图2。由图2可见，底片未发现异常，无法判定存在缺陷，出现漏检现象。

相控阵超声和TOFD见图3。由图3可见，均发现焊缝根部未熔合缺陷，实现对缺陷进行定位，保障了检测质量。

图3 相控阵图谱和TOFD图谱

4.2.2焊缝中的坡口未熔合缺陷

射线检测底片见图4。由图4可见，底片未发现异常，无法判定存在缺陷，出现漏检现象。

图4 射线检测的底片图像

相控阵超声检测图谱见图5。由图5可见，可以识别出坡口未熔合缺陷，能发现焊缝存在缺陷，保障了检测质量。

图5 相控阵超声检测的图谱

在实际检测中经常发生相控阵超声检测能检出坡口未熔合，射线检测无法检出缺陷的现象。

4.3 相控阵超声检测、TOFD检测与射线检测对密集点状缺陷的检出能力对比

射线底片见图6。由图6可见，显示的密集点状缺陷数量较少。

图6 射线检测底片

相控阵超声检测图谱见图7，由图7可见，在B、C图中均可以显示密集点状缺陷。

图7 相控阵图谱中B、C图

TOFD图谱见图8，由图8可见，密集点状缺陷显示明显。

图8 TOFD检测图谱中

4.4 相控阵超声检测、TOFD检测与射线检测对缺陷的检出能力分析

坡口未熔合是焊缝金属与母材金属未能熔化结合在一起的缺陷，具有严重的应力集中，属于仅次于裂纹的危害性缺陷。密集点状缺陷在一定范围内减弱了焊缝的强度，受到应力时易扩展连到一起，为管道的安全运行造成隐患。射线检测对这些缺陷的检出能力较弱，而使用相控阵超声检测和TOFD检测则更容易检出缺陷。

5 结论

相控阵超声检测与TOFD检测结合应用于长输管道的焊缝检测，能够检出射线检测难以发现的坡口未熔合和密集点状缺陷，可以很好地作为射线检测的补充，如能提高检测人员对波形和显示的定性能力，甚至可以完全取代射线检测。