自动超声相控阵管道环焊缝检测系统
扫查速度快:100毫米/秒
对915毫米(36英寸)管道的检测,焊缝到焊缝的时隙少于4分钟
应用灵活,适用于不同的管径、壁厚以及焊缝坡口
运行成本低
可靠性高
特殊扫查效果极佳
PipeWIZARD® 环焊缝检测系统概述
天然气管道是由高强度钢制成,通常要在接近其屈服强度的情况下工作。管道在现场用环焊对接,通常采用自动焊接系统。随后,对管道进行快速的探伤检测、涂漆、掩埋。 由于施工周期的要求,需对焊缝进行快速的缺陷检测及分析。
今年来, 自动超声检测技术(AUT)已开始取代了传统的射线成像术,成为世界上常用的管道焊接检测方法。 自动超声检测技术之所以能广泛普及,其主要原因是AUT的缺陷检测能力更强、缺陷尺寸定量更精确,从而使焊缝的不合格率更低。
制约天然气管道施工周期的几项特殊因素为:
时间:在陆上,检测周期(安装扫查器、扫查、返回、拆卸扫查器、移至下一个焊缝)在4分钟以内。
在海上,允许的检测时间仅为2分钟,但不必移动扫查器。 数据分析:须在设备移至下一个焊缝前对刚刚检测到的数据进行分析。这意味着,几乎要实时地评估焊缝是否合格。
数据存储: 为了便于监管,须在检测周期内对数据进行保存。
AUT技术可克服以上所有的制约因素,对焊缝进行检测。
规范
包含平底孔(FBH)和其它参考反射体的校准试块(ASTM 1997)
1998年, ASTM(美国实验与材料协会)发布了E-1961-98规范。该规范涉及了环焊缝自动超声检测的主要方面:分区、快速数据判读、特殊校准试块以及配置步骤。E-1961规范专用于工程临界分析(ECA)。同样,在1999年,美国石油学会(API)公布了第19版标准1104,其中包括环焊缝的机械超声检测技术和射线成像术。
所有PipeWIZARD®产品均符合ASTM E-1961规范,由此推断,也符合API标准1104。此外,PipeWIZARD产品还符合海上自动检测规范DNV2000 OS-F101。 某些情况下,公司的技术指标可能高于这些规范,通常是为了提高定量的精确性或达到更好的分辨率。
AUT技术的优势和主要功能
在全球范围内,在对管道环焊缝检测中,AUT技术正在逐渐取代射线技术。常规AUT技术的优势十分显著:
无辐射危害。
更好地监控焊接进程,降低了焊缝的不合格率。
对较大的缺陷使用ECA验收,也能降低不合格率。
检测速度更快。
特别的输出显示,便于快速、可靠的数据判读。
总之,相比射线成像技术,陆上机械超声检测技术具有更理想的解决方案、更低的焊缝不合格率。
相控阵环焊缝检测的优势
相控阵相比常规AUT更具优势:
更小和更轻的探头盘, 其尺寸还可进一步减小(可降至50.8毫米,即2英寸)。
仅改变焊导带、设置文件和楔块,即可用一台PipeWIZARD®对直径从50.8毫米至1422.4毫米(2英寸~56英寸)的管道进行检测。
标准PipeWIZARD可扫查6毫米至50毫米(0.25英寸~2英寸)壁厚的管道。
更多的扫查分区,以便得到更好的检出率,并测量缺陷在垂直方向的尺寸。
由于探头盘较窄,每次扫查可以节约几秒钟时间。
通过调用适当的设置文件,可以检测任何形状的焊缝坡口、不同的管径及壁厚。
可将阵列编程,利用底面回波进行实时耦合校验。
设置向导可以进行自动设置。
特殊应用(见下页)。
近乎实时的输出显示
滚动显示便于操作人员快速判读和分析检测数据。
焊缝被"剖开",可显示上游侧和下游侧。
每个区域由一个带有波幅和传播时间(TOF)的双闸门带状图显示。
B扫描显示并识别焊根区域和焊冠区域的多孔性缺陷。
TOFD显示选项改进了对任意朝向的缺陷的检测和定量。
屏幕右侧的彩色带状图显示耦合状态。
可用通道多达128个。
19.1毫米校准试块中J斜面焊缝坡口的分区
什么是相控阵? 相控阵使用电子控制声束成形的原理,生成和接受超声波。通过单独延时、激励阵列中的每个晶片,相控阵可以在大角度范围内发射声束,并进行大范围的聚焦。
仅用两个阵列所生成的一系列聚焦法则,即可对焊缝进行类似于常规超声的检测,而且更具有灵活性。 检测系统的设置是通过加载一个设置文件,而不是调整探头的位置。 利用电子扫查技术,用户可以自行定制焊缝检测,包括多角度TOFD、高级成像、高分辨率检测。
自动判读软件
带缺陷等焊缝输出显示
缺陷分析
波幅数据标有不同颜色,可在有信号超出拒收阈值时提醒用户。
可通过计算探测出缺陷的区域数量,快速对缺陷进行定量。
在屏幕上可直接计算缺陷的长度。
缺陷在焊缝中的位置可根据传播时间的信息(彩色条)确定。
通过波幅、区域和各分区内的传播时间数据,以及TOFD,可对缺陷进行定性。
使用两个分别位于焊缝两侧、60个晶片的阵列,可进行完整的分区检测。 使用相同的阵列或专门的探头,可进行TOFD和其它扫查。探头盘的设计可安装附加的横向检测探头。 此外,还可使用其它的定量技术,如:TOFD或波幅技术。
焊缝检测
搭焊类型: |
周向焊 |
管径: |
50.8毫米~1422.4毫米(2英寸~ 56英寸) |
厚度: |
6毫米~50毫米(针对厚壁管道的选项) |
焊缝坡口: |
CRC-Evans、J斜面及其其它坡口(包括手动焊缝) |
环形扫查器的覆盖范围为50.8毫米~406.4毫米(2英寸~16英寸)
校准 校准试块比较复杂,它带有一些反射体,用来模拟通常现场可能出现的缺陷。针对CRC-Evans坡口,试块中带有以下反射体:
用于检测焊根和焊冠区域的刻槽
用于钝边、填充和热焊区检测的斜平底孔
用于定位的垂直通孔
超声分区
在焊缝的根焊区、钝边区、填充区和热焊区,按每1至3毫米深度划分区域。
为使覆盖率达到100%,应在焊缝的上下游进行检测。
每个焊缝分区的检测方式为脉冲回波法或串列法。
不同分区的波束之间相互重叠很小。
可精确地定量仅出现在一个分区内的2毫米或更小的反射体。
每个通道使用能同时测量波幅和传播时间的双闸门。
典型的焊接缺陷
未熔合(表面或近表面)
未焊透
中线凝固裂纹
焊冠和填充区的气孔
过低
缺火
烧穿
焊根气孔
焊根咬边
特殊应用
厚壁管
小直径管
包覆管
无缝钢管
束管
立管
双管搭接焊
复杂的焊缝坡口
应用实例 PipeWIZARD®迄今为止已经在陆上和海上完成了20多万次的焊缝扫查检测。对其应用最多的项目是Saipem公司的Blue Stream项目,共完成了65000个焊缝的130000次扫查,以及4000公里长的中国WEPP项目。
在Blue Stream项目中,PipeWIZARD连续运作了数月,期间没有停工。无论气候炎热还是寒冷,也无论工作环境潮湿、多盐,还是干燥,PipeWIZARD均能良好运作。 |