Page 95 - 无损检测2022年第一期

陈 亮:
基于 DNVGL-ST-F101 规范的海底管线碳钢 U 型坡口焊缝的 TOFD 和 PAUT 检测

但对于填充区域, 由于其填充角度较小, 脉冲回波无
1 U 型坡口的特点及其检测工艺配置
法有效检测, 因此在配置检测工艺时, 需增加相关扫
1.1 U 型坡口缺陷的检测特点 描方式, 以满足 U 型坡口填充区域检测的要求。
U 型坡口主要包括根部、 热焊及填充区域, 填 1.2 TOFD 和 PAUT 检测工艺配置
充区角度小, 典型 U 型坡口结构如图 1 所示。在 U 采用相控阵检测系统, 依据 U 型坡口的特点,
型坡口焊缝焊接过程中, 由于焊接设备及焊接操作 设置一组 TOFD 探头 [ 1 ] , 覆盖焊缝内部检测区域,
的问题, 坡口面区域容易产生未熔合类缺陷, 该类缺 TOFD 工艺配 置 如 图 2 所 示, 选 用 的 TOFD 探 头

陷方向与坡口面平行, 是检测的重点。对于根部及 频率为 10 MHz , 晶片直径为 3mm , 配置楔块角度

热焊区域, 常规脉冲回波能够获得良好的检测效果, 为 70° , 深度 聚 焦 位 置 在 检 测 壁 厚 的 2 / 3 处, 覆 盖

距离上表面 4 mm 以下及距离内 表 面 2 mm 以 上

区域。同时 设 置 一 组 相 控 阵 探 头, 对 称 放 置 于 焊
缝两侧, 每 个 探 头 设 置 扇 形 扫 描 波 束 覆 盖 焊 缝 内
外表面区域, PAUT 工 艺 配 置 如 图 3 所 示。 采 用
5L32-A31 型 相 控 阵 探 头, SA31-N55S 型 楔 块, 扇
形扫描角度为 35°~75° , 角度步进为 1° , 激发晶片
数量为 16 个, 确 保 波 束 对 焊 缝 上 表 面 的 有 效 覆
盖, 以检测 TOFD 检测时存在的内外表面盲区, 实
现 U 型坡口焊缝的有效检测。采用机械化扫查进
行数据采集, 编码记录数据, 一次周向扫查即可完
图 1 典型 U 型坡口结构示意
成整个焊缝的检测。

图 2 TOFD 工艺配置示意

图 3 PAUT 工艺配置示意
2 试验方法

2.1 检测系统 图 4 轨道式扫查装置外观

使用奥林巴斯的 OMNISCAN MX2 检测系统, 采用自动熔化极气体保护焊焊接工艺, 通过调整工
配置一组 TOFD 探头, 一组相控阵探头, 探头对称 艺参 数 制 作 一 系 列 焊 接 缺 陷, 缺 陷 长 度 为 10~

布置于焊缝两侧, 采用轨道式扫查装置( 见图 4 ), 编 20mm , 缺陷高度为 0.5~3.0mm , 位置分布于内外
码记录数据, 电机驱动探头行走可实现焊缝的实时 表面、 填充区、 热焊区等区域, 类型为坡口面未熔合
检测及数据评判。 及焊缝内部体积型缺陷。
2.2 试验焊缝 2.3 检测数据分析
选用管径为 168 mm , 壁厚为 18.6 mm 及管径 对 制 作 的 缺 陷 焊 缝 进 行 TOFD 和 PAUT 检

为 508 mm , 壁厚为 30 mm 的两种碳钢管材, 坡口 测, 逐一记录所有缺陷显示通道和波幅, 按照数据评

形式为 U 型, 坡口角度为 6° , 材料为 API 5LX65 。 定方法进行缺陷高度、 长度及深度的评定, 对所有缺
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测