坡口角度对AUT检测的影响

摘要：AUT检测技术采用分区检测原理，在油气管道环焊缝检测领域具有较高的缺陷检出率，并以检测速度快的优势得到了快速的推广应用。AUT是一种较为精确的检测手段，但由于受到的影响因素较多，AUT检测质量具有很大的波动性。本文针对油气管道環焊缝不同坡口角度进行仿真计算，确定坡口角度变化误差对AUT检测的影响程度，提出相应的控制或改进措施。

关键词：坡口角度;AUT检测;仿真计算

全自动超声波检测（以下简称AUT）技术以检出率高、检测速度快等优势，在全自动焊环焊缝检测中发挥着重要的作用，国内中俄东线天然气管道工程、中俄原油二线、陕京四线等管道工程中主要采用全自动焊接及AUT检测。钢管表面状况、试块加工精度、坡口加工精度、检测环境温度、轨道安装位置、检测方案设计等因素均会对缺陷检出率产生一定程度的影响，本文将针对坡口角度变化，通过仿真计算，确定其对AUT检测的影响程度。

1 AUT检测方案

AUT采用分区检测原理实现焊缝全壁厚方向的检测，同时辅以体积通道、TOFD通道和耦合监视通道，检测结果以带状图形式显示，分为A 扫描-双门带状图、B 扫描、TOFD 扫描[1]。以直径1422mm，壁厚21.4mmmm管道为例，坡口为典型CRC坡口，按照相关标准要求，将焊缝沿壁厚方向分成若干个分区，其检测方案如图1所示。

2坡口角度

目前国内陆地管道AUT检测所采用的国内标准有GB/T50818-2013《石油天然气管道工程全自动超声检测技术规范》，海洋管道AUT检测所采用的标准为DNV F101《海底管道系统》，以上标准对AUT检测过程中的相关技术要求及验收指标进行了明确的规定，但均未规定允许坡口角度的变化范围。

3仿真计算

3.1 仿真建模

以直径1422mm，壁厚21.4mm，坡口角度误差为0进行仿真建模，按照该类型坡口AUT校准试块设计要求，在模型中添加人工反射体。

3.2 根部

以坡口角度0偏差检测方案为基准，将坡口角度偏差按照1.0°步进进行设置，根部坡口角度范围为34.5°～40.5°。额外增加焊接工艺规程中的临界误差±1.5°，分别计算不同角度偏差下人工反射体反射回波高度的变化，计不同角度偏差下人工反射体反射回波高度与基准波高偏差。

3.2 热焊

热焊存在两个分区，分别是热焊1和热焊2，本文以热焊2为例分析热焊区坡口面角度变化对AUT检测的影响程度。以坡口角度0偏差检测方案为基准，将坡口角度偏差按照1.0°步进进行设置，热焊区坡口角度范围为42°～48°，额外增加焊接工艺规程中的临界误差±1.5°，分别计算不同角度偏差下人工反射体反射回波高度的变化，不同角度偏差下人工反射体反射回波高度与基准波高偏差。

3.3 填充区

填充区存在5个分区，填充1至填充5采用的聚焦方案基本相同，以填充5为例分析填充区坡口面角度变化对AUT检测的影响程度。以坡口角度0偏差检测方案为基准，将坡口角度偏差按照1.0°步进进行设置，填充区坡口角度范围为2°～8°，额外增加焊接工艺规程中的临界误差±1.5°，分别计算不同角度偏差下人工反射体反射回波高度的变化，计算结果如图5所示，不同角度偏差下人工反射体反射回波高度与基准波高偏差。

4结论

（1）在焊接工艺规程要求的坡口角度误差允许范围内，反射体回波高度与基准波高最大偏差均不大于-0.9dB，即反射体回波高度与基准波高最大偏差不大于8%。当基准波高设置为满屏高度的80%时，在坡口角度误差允许范围内，反射体回波高度最小值为72%，满足现有标准要求[2]。

（2）当坡口角度加工误差大于焊接工艺规程要求，或焊口经返修处理使坡口角度大于焊接工艺规程要求时，AUT采用原检测方案进行检测时，不同位置反射体回波高度与基准波高偏差不同，热焊区及填充区最大偏差大于-3.0dB，即反射体回波高度与基准波高最大偏差大于24%。

（3）坡口角度变化过大会导致AUT检测灵敏度降低，影响检测结果的准确性。为有效保证AUT的检测灵敏度，施工现场应严格控制坡口的加工精度。

（4）若焊接接头返修部位坡口型式或角度发生较大变化，宜调整AUT检测方案或采用其他方法检测。

参考文献：

[1]薛岩，周广言.油气管道环焊缝自动超声检测与射线检测方法对比[J].无损检测 2016，11：45-48.

[2]GB/T 50818-2013.石油天然气管道工程全自动超声波检测技术规范[S].

作者简介：姓名：何伟（1983-），性别：男，民族：汉，籍贯：安徽滁州，工作单位：国家管网集团建设项目管理分公司，职称：高级工程师，学位：工学硕士，主要从长输管道工程管理。