1、全自动超声波检测标准西气东输管道工程企业标准培训教材管道对接环焊缝全自动超声波检测(Q/SY XQ 72001)盘锦北方无损检测公司2001年9月8日一、概述1、 编制背景和过程11 西气东输工程是将我国西部地区的天然气通过管道输往急需清洁能源的东部地区，既满足东部地区对天然气能源的要求，又发展了西部经济，是东西部经济发展的系统工程。此输气管道全长4000多公里，材质X70，规格为101614.6-26.2mm，工作压力10MPa，是“十五”期间规模最大的管道工程。本工程向国际招标，使用国际上最先进的技术，最先进的设备和最先进的管理方式，建成世界一流工程。目前国内长输管道都采用常规超声波检测标
2、准，又处于待修订状态，难以满足此工程需要。因此，2000年6月西气东输项目经理部委托编写本企业标准。编制的指导思想是即要与国际标准接轨，又要结合国情。12 接受任务后各级领导重视，立即组成编写班子，搜集国内外长输管道检测标准和相关资料，并从加拿大R/D tech公司引进目前世界上最先进的多通道、声聚焦、分区扫查的全自动超声波检测系统，并在涩宁兰工程西气东输试验段成功演示，为标准的编制提供了一些有价值的数据。同年12月份写出标准征求意见初稿，发给专家审查。汇总专家意见，于2001年1月份写出征求意见稿。2001年2月20日-21日，在廊坊招开了标准初评会，与会专家经过认真细致的讨论、分析、比较和
3、决断，对标准条文进行修改，特别是强调了缺欠自身高度和缺欠位置的重要性，对标准验收部分做了大量的修改。按初评会专家意见于2001年2月底整理出标准送审初稿。此稿于2001年4月22日24日又经西气东输施工技术标准评审会的专家们再次修订，形成送审稿。2001年6月5日至7日经西气东输施工技术标准审定会的专家们的修订，形成报批稿。2、编制依据标准的检测方法部分参照ASTM E1961-98，验收部分参照API1104-99、CSAZ-662、ALLIANCE和EN25817-92（D级）等（见表1）。编写过程中也参照了射线标准验收部分，尽量使超声验收标准和射线验收标准部分相一致性。3、本标准的特点3
4、1 检测技术本标准采用多通道、声聚焦、分区扫查的超声波检测系统（以下简称全自动超声波检测系统）其特点是：a）全自动超声波检测系统采用多通道、声聚焦探头，将焊缝沿厚度方向分成几个区，每个区用不同角度的探头扫查。只要扫查系统在焊缝环向扫查一周即可对整条焊缝进行全面检测，检测速度快，效率高。b）全自动超声波检测系统采用A扫描、B扫描和TOFD三种扫描方式，以图象形式显示缺欠，并能储存于磁盘、光盘等介质中。c）从全自动超声波检测系统显示的图象上可以测量出缺欠的位置、长度及自身高度，检测结果接近客观值，并且还可以观察到耦合状态，减小人为因素。d）全自动超声波检测标准对试块的设计、制作、设备调试和图象识别
5、等要求严，因此对检测人员提出了更高要求，不仅要取得中国锅炉压力容器无损检测人员资格证书，而且还要经过专门培训，经业主认可，方可从事检测工作。32 验收内容纵观国内外验收标准（见表1），衡量验收标准不仅要考虑缺欠的长度，还要考虑欠陷自身高度和位置。从断裂力学的观点来看，缺欠的位置和自身高度比其长度有更大的危险性。321 对外表面开口缺欠，判为缺陷，严于国内外标准；内表面开口缺陷与API1104-99相当。322 内部线性缺陷与EN25817-92（D级）相当；长度严于API1104-99，又增加了缺欠自身高度控制。323 体积型缺陷与API1104-99相当；缺陷长度比EN25817-92（D级
6、）严，缺陷自身高度比其宽。324 单面焊根部开口缺陷与EN25817-92（D级）相当，比API1104-99偏严。4、评价本标准在检测工艺方面与ASTM E 1961-98相近。验收部份是从缺欠的位置、缺欠自身高度和长度加以限制，较为合理，具有科学性；与EN25817-92和ISO5817-92相当；比API1104-99偏严；与西气东输工程射线检测企业标准基本相当；即符合我国国情又向国外先进标准靠拢。、国外同类标准对比（见表1）表1 国内外管线超声波验收标准对焊缝几种缺陷尺寸的规定序号标准名称缺欠类型缺欠自身高度（mm）可接受的缺欠长度（mm）备注1API1104-99裂纹未规定不允许表面
7、非裂纹线型显示未规定任何连续300mm长焊缝，累计长度25mm内部非裂纹线形显示未规定任何连续300mm长焊缝，累计长度50mm体积型缺欠显示未规定单个最大尺寸6mm密集型最大范围13mm综合评定：任何连续300mm范围内，上述各种累计长度超过50mm或超所焊缝长度的8%为不合格。2API1104-99附录A表面开口缺欠显示3.7mm305mm管子规格75014mm3.7mm7.3mm58.7mm内部线状显示3.7mm305mm3.7mm7.3mm58.7mm体积型缺欠显示3.7mm58.7mm3CSAZ-662加拿大标准协会石油天然气管线验收标准表面气孔/根焊中气孔和未熔合2mm/2.5mm
8、250mm/200mm管子规格75014mm填充区未熔合2.5mm195mm热焊区（双侧/单侧）未熔合3.8mm/1.9mm120mm/200mm单面焊未焊透1mm335mm深孔（柱孔）约为6mm连续高度4mm不允许内部线型显示1mm/1.11.4mm287mm/241mm1.53mm/3.16.9mm152mm/63mm6.9mm不允许体积型显示单个气孔3.8mm3.8mm点渣3.8mm63mm烧穿3.8mm30mm5美国ALLIANCE管线验收标准（高和长由全自动超声波定出）表面线型显示1.4mm/1.42.8mm287mm/184mm管子规格91418.9mm2.93.7mm/3.84.
9、0mm152mm/76mm4mm不允许内部线型显示1.4mm/1.42.8mm287mm/184mm2.93.7mm/3.88.4mm152mm/70mm8.4mm不允许体积型显示单个气孔4.7mm4.7mm点渣4.7mm76mm烧穿4.7mm38mm表1 国内外管线超声波验收标准对焊缝几种缺陷尺寸的规定（续）序号标准名称缺欠类型缺欠自身高度（mm）可接受的缺欠长度（mm）备注6EN25817-92钢电弧焊焊接接头缺陷质量分级指南（D级）裂纹不允许德、英、法等欧洲18国组成的欧洲标准化委员会（CEN）制订的焊缝统一验收标准与ISO5817-92一致。S焊缝厚度T薄侧母材厚度未熔合0.2S且2m
10、m（断续的且表面不开口）任何300mm焊缝长253mm根部和中间未焊透0.2S且2mm任何300mm焊缝长253mm气孔单个0.5S且5mm任何300mm焊缝长253mm条渣、条孔0.5S且2mm0.5S且4mm任何300mm焊缝长253mm。任何300mm焊缝长253mm错边（环缝）0.2T且4mm未规定内凹0.2T且2mm任何300mm焊缝长253mm7本标准裂纹未规定不允许内部线状缺陷显示2.5mm不允许2.5mm单长25mm或任何300mm焊缝长度中累计长度50mm体积型缺陷显示高度或平面最大尺寸6mm单个缺陷最大长度6mm；单面焊根部开口缺陷显示2.5mm不允许2.5mm单个最大长度
11、25mm或任何连续300mm焊缝长度中累计长度50mm表面开口非裂纹型缺欠显示2.5mm不允许2.5mm任何连续300mm焊缝长度中累计长度25mm处于外表面不允许综合评定：任何连续300mm焊缝长度中，上述各种缺欠累计长度超过50mm或超过焊缝长度的8%为不合格。二、条文说明1范围1.1 本标准适用于壁厚6mm的西气东输管道工程对接环焊缝检测与验收。1.2 本标准不适用于管径小于150mm的钢管环焊缝的检测。本标准适用于壁厚6mm的西气东输管道工程线路环焊缝检测与验收；不适用于站场及管径小于150mm的钢管环焊缝检测。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是
12、注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ASTM E-317 不采用电子测量仪器评价脉冲回波式超声波检测系统工作性能的方法 本章内容与ASTM E1961-98配备聚焦装置分区扫查的环焊缝全自动超声波标准第2章内容相同。3 检测人员3.1 检测人员必须进行培训，经理论和实际考试合格，取得锅炉压力容器无损检测人员资格证书。级以上人员进行检测，级人员仅做检测的辅助工作。3.2 检测公司对从事全自动超声波检测人员进行设备性能、调试、评定等培训
13、，经考试合格，业主认可，方可从事检测工作。全自动超声波与常规手动超声波不同之处就是采用多通道、声聚焦、分区扫查技术，在管道环向扫查一周，即可将整个焊缝检测结果显示在图象上，图象分为A扫描、B扫描及TOFD三种扫描方式；为保证检测质量，必须对原有超声波级以上人员再进行培训、考核，取得管道全自动超声波检测资格证书；培训、考核由国内外有全自动超声波实践经验的专家担任。4 超声设备4.1 超声系统该系统应该提供足够数量的检测通道，保证仅在管道环向扫查一周，即可对整个焊缝厚度方向的分区（见图1）进行全面检测；仪器的线性应按照E-317确定，每6个月校准一次，垂直线性误差小于等于满幅度的5%，水平线性误差
14、小于等于满刻度的1%；闸门的位置和宽度任意可调，闸门内的信号电平不低于满幅度的20%。超声系统应具有足够数量的检测通道，能满足检测范围的要求，能保证焊缝分区所需要的通道数量。仪器的线性应按照ASTM E-317确定，必须每6个月校准一次，各项指标均达到要求。超声系统闸门的位置和宽度在显示范围内必须任意可调，闸门内的信号电平不低于满幅度的20%，一般来讲，20%是记录门槛电平，信号电平20%，显示为白（无）色，信号电平20%，显示为绿色；评定门槛电平为40%，说明信号电平40%，显示为红色，要引起重视。4.2 记录系统4.2.1 通常用编码器记录焊缝环向扫查的位置。编码器配置一个校正系统，保证显
15、示记录的圆周距离与管道外表面标记的位置一致。记录或标记系统应清楚地指示出缺欠相对于扫查起始点的位置，误差为 10mm；焊缝中的每个缺欠应有扫查记录；在显示记录上有声耦合显示。 编码器记录焊缝环向圆周扫查的位置，也就是说编码器记录扫查器行走位置及缺欠所处的周向位置；编码器必须定期校准，以保证显示记录的圆周距离与管道外表面标记的位置一致；缺欠显示的位置相对于扫查起始点的位置，误差为 10mm；焊缝中的每个缺欠应有扫查记录；在显示记录上还有声耦合显示，声耦合记录的好坏表明表面状态是否良好，声耦合通道显示为红色，表明该处表面状态不好，需要重新处理；声耦合通道显示为绿色，表明表面状态良好。4.2.2 焊
16、缝缺欠扫查记录可用A扫描、B扫描或其它图象显示方式，也可增加衍射波时差（TOFD）技术。记录系统还包括图象显示记录。焊缝缺欠扫查记录可采用A扫描、B扫描或其它图象显示方式，也可增加衍射波时差（TOFD）技术。A扫描指带状图扫查，带状图由A扫描聚焦声束形成的，对应于记录图形中的白色条状图，它根据焊缝沿厚度方向的分区设置，带状图的宽度由焊缝分区高度而定，主要负责检测焊缝坡口面上的面积型缺陷（如坡口未熔合等）。B扫描是由非聚焦声束形成的，对应于记录图形中的蓝色条状图，它主要负责检测焊缝盖帽、根部等区域的体积型缺陷（如气孔等）。其它图象显示方式指P扫描及C扫描等，但本系统一般不采用此扫描方式。TOFD
17、技术又称一发一收模式的衍射波时差技术，由非聚焦声束形成，对应于记录图形中的灰色条状图，它主要负责检测体积型和面积型缺陷（如气孔、未熔合等），并且能鉴别真伪缺欠。4.2.3 TOFD扫查装置的记录系统为256级灰度显示并且能够记录全R-F波型。TOFD记录系统为256级灰度显示并且能够记录全射频波形。4.3 探头4.3.1 聚焦探头应标出厂家的名称、探头类型、入射点、入射角或折射角、焦柱尺寸、频率及晶片尺寸。 根据检测需要确定聚焦探头的技术指标，包括厂家的名称、探头类型、入射点、入射角或折射角、焦柱尺寸、频率及晶片尺寸；但相控阵探头应标明晶片数量、间距、第一个晶片距楔块前端的距离和高度及楔块角度
18、。 注：相控阵探头必须有厂家鉴定证明。4.3.2 探头阵列的设计应按具体检测管件而定。探头阵列的设计应根据具体检测管件焊缝坡口型式确定，正确选定所需要的探头，并且按一定的阵列排在扫查器中。4.3.3 探头楔块表面形状应与管道表面曲率相匹配。 探头楔块表面形状应与管道表面曲率相匹配，与管道表面要吻合，以便使耦合良好，保持稳定扫查。4.4 试块试块主要用于检测定位、确定基准灵敏度、鉴定野外检测系统并监视系统的运行状况。试块主要用于检测定位，指确定闸门的位置，为评定缺欠提供依据；确定检测基准灵敏度；鉴定在野外检测过程中检测系统的灵敏度能否保证，并监视检测系统的运行状况是否良好。4.4.1 试块制作原
19、则4.4.1.1 试块的材料由业主提供该项目管线超声检测管道的一段。业主应向检测公司提供检测项目的焊接工艺及试块的附加要求。检测公司提供试块的设计图样（含图样修改），经业主认可。 制作试块的材料必须由业主提供该项目被检测管道的一段,必须保证制作试块的材料与被检管道的材料一致性；试块也可用声学性能类似的工程钢管材料制作，但与受检管件材料的声速差不应超过50m/s。业主应向检测公司提供检测项目的焊接工艺及试块的附加要求（指要求达到的检测目的），以便检测公司根据焊接工艺和附加要求设计试块的图样。检测公司设计的试块图样（含图样修改），必须经业主认可，方可使用。每一试块应用唯一号码标识和可查询的钢管制造
20、商。4.4.1.2 根据焊缝坡口形式及焊接填充次数来分区，每个区高度一般为2-3mm，设置两个对应的人工反射体用来调节灵敏度和缺欠定位，这两个反射体对该区探头来讲，称为主反射体（邻近区反射体对该区反射体来讲，不能称为主反射体）。焊缝两侧各一个探头来完成一个区的检测。焊缝的分区根据焊缝壁厚、坡口型式及焊接填充次数来进行（实际焊接填充次数与焊缝壁厚是一致的，不同的壁厚焊缝填充次数是不一样的），每个区高度一般为2-3mm,分区高度越细越好（但调试困难），也可为1mm，最大可为3mm，分区高度不要太大，太大漏检；而西气东输工程焊缝分区高度不能超过2.5mm，否则给评定带来难度。每个分区设置两个对应的人
21、工反射体用来调节灵敏度和缺欠定位，这两个反射体对该区探头来讲，称为主反射体（邻近区反射体对该区反射体来讲，不能称为主反射体）。焊缝两侧各一个探头或一对探头（对串列扫查来讲用一对探头）来完成一个区的检测。4.4.1.3 人工反射体在深度方向的布置应使显示信号达到独立的程度，但邻近区反射体不得互相干扰。 也就是说调节每个区人工反射体（主反射体）时，该区显示信号必须达到独立的程度（即基准波高为80%），该区（或该通道）信号对邻近区反射体的影响（或干扰）不得超过满幅度的40%(即40%)，也不得低于满幅度的5%（即5%），过高互相干扰，不利于检测，过低漏检；同时邻近区（或邻近通道）的反射体信号对该区（
22、指主反射体区）的信号是否在5%-40%之间；满足上述条件，既达到独立程度又不互相干扰。若达不到上述条件，看是否是探头问题，若不是探头问题，则是试块问题，重新制作试块；若是探头问题，则替换探头，重新调试。注意：对于相控阵设备调节，当该区主反射体信号达到独立的程度（即基准波高为80%）时，探头位置固定，再看邻近通道对该区主反射体信号的影响是否在5-40%之间，若在，则符合，若不在，则不符和；再将探头移动到邻近反射体的位置，看主反射体的通道对邻近区反射体的影响是否也在5-40%之间，若在，则符合，若不在，则不符和。4.4.1.4 人工反射体的制作a） 在坡口面上设置人工反射体，直径为2mm的平底孔。
23、平底孔的中心线垂直于坡口面且在坡口面长度方向等分（见图2c、d），主要显示坡口未熔合等缺欠；在焊缝坡口面上设置人工反射体，也就是在焊缝熔合面上设置人工反射体，人工反射体为2mm的平底孔。平底孔的中心线垂直于坡口面且在坡口面长度方向等分，主要显示坡口未熔合等缺欠。 平底孔的设置的原则：平底孔的中心线要垂直于坡口面；平底孔所处的分区要等分坡口面；平底孔的中心线与坡口面的交点要等分该孔所处的分区；焊缝的分区可根据设置的平底孔而定；一般来讲，根焊区可设置一个2mm的平底孔（主要指双面焊CRC型焊缝坡口等）或槽，钝边区设置一个2mm的平底孔，热焊区设置几个平底孔可根据热焊区的高度而定（也就是热焊区分几个
24、区），填充区设置几个平底孔根据下列公式计算：当T16mm时 填充区的高度2.5=N其中N表示取整数，不要四舍五入，往下取整数，不要往上取整数（否则设置的平底孔多，会造成干扰），整数是几，就设几个2mm的平底孔； 当T16mm时 填充区的高度3=N 若计算的N是3的倍数，将其换算成2的倍数；如填充区的高度为12mm，12m3=4，按3mm的平底孔设置，分4个区，即设置4个平底孔，若将其换算成2mm的平底孔，应设置6个区，即设置6个平底孔。 注意： 平底孔的尺寸越小越好，越有利于缺欠的检出，尽量不采用3mm的平底孔，最好采用2mm的平底孔，比较符合实际情况；设置平底孔的数量（或分区的高度），要结合
25、验收标准，本标准的焊缝分区高度不应大于2.5mm。 b） 在外表面的熔合线上设置一个槽，深1mm、宽2mm、槽长10-20mm，用来显示管道外表面的咬边或向表面延伸的未熔合等。槽也可设在根焊区，根部槽长10-20mm，其深度和角度与被检焊缝根部坡口形式一致（见图2c、e）； 在外表面的焊缝熔合线上设置一个槽，深1mm、宽2mm、槽长10-20mm，用来显示管道外表面的咬边或向表面延伸的未熔合等；在根焊区也可设槽，根部槽长10-20mm，其深度和角度与被检焊缝根部坡口形式一致（见图2c、e）。该槽（指根槽和外表面槽）也可用来调节手动超声波B扫描的灵敏度。c） 钻一个2mm的通孔（见图2b），孔中
26、心线与焊缝截面中心线相重合且垂直于管壁。主要用于确定闸门和焊缝中心线的位置；设置一个2mm的通孔（见图2b），孔中心线与焊缝截面中心线相重合且垂直于管壁。主要用于确定闸门和焊缝中心线的位置，也用来设置中间通道（若某个区的带状图没有显示通孔，则说明该区声束（或探头）的角度不适用检测柱孔等中间缺欠，应增加中间通道，采用串列扫查一发一收模式）。d） 必要时，钝边处设一个平底孔（见图2a），主要显示未焊透等缺欠； 对于CRC型等双面焊焊缝坡口要在钝边处设置一个平底孔（见图2a）； V型等单面焊焊缝坡口在钝边处不设置平底孔而设置槽；主要显示未焊透等缺欠。e） 当设置人工反射体不能满足6.2.1.2要求时
27、可增加其它的反射体，它们不得与规定的反射体发生抵触；当设置人工反射体在调试过程中不能满足6.2.1.2要求时可增加其它的反射体，但增加的反射体不得与规定的反射体发生抵触；增加的反射体主要指附加反射体，一般根据检测需要而设置。f） 人工反射体允许误差不应超过下列数值：孔直径：0.1mm槽长度：0.1mm槽深度：0.2mm角 度：1反射体中心位置：0.1mm 试块制作时必须满足以上误差要求，误差越小越准确。g)试块经国家有关计量部门鉴定合格，方可使用。试块制作完，必须经过国家有关计量部门鉴定合格后方可使用，否则不准使用。h) 试块上人工反射体的布置见图3。 图3是试块上主要人工反射体布置示意图5
28、检测准备5.1 受检表面制备5.1.1 探头移动区的宽度按检测设备而定，一般为焊缝两侧各不小于150mm范围。探头移动区的宽度按检测设备而定，不同的检测设备探头移动区的宽度是不同的，按目前西气东输工程管壁的厚度及所采用的全自动超声波设备来将，探头移动区的宽度一般为焊缝两侧各不小于150mm范围。5.1.2 焊缝两侧各150mm范围内，管子制管焊缝（如螺旋焊缝、直焊缝）应用机械方法打磨至与母材齐平，打磨后焊缝余高不大于0.5mm，且焊缝与母材圆滑过度。 焊缝两侧各150mm范围内的探头移动区，管子制管焊缝（如螺旋焊缝、直焊缝）必须采用机械方法打磨至与母材齐平，不得低于母材，打磨后焊缝余高不大于0
29、.5mm,并作圆滑过度，否则，耦合不良，制管焊缝处数据丢失，造成漏检。5.1.3 在管子防腐时，应在管端预留出150mm的探头移动区，不得有涂层（如环氧粉末）。 在管子防腐时，应在管端预留出150mm的探头移动区，不得有涂层（如环氧粉末），否则，耦合不良，灵敏度降低，造成漏判、误判现象。5.1.4 应清除探头移动区的飞溅、锈蚀、油垢及其它外部杂质。探头移动区的飞溅、锈蚀、油垢及其它外部杂质必须清除，否则，会造成探头磨损、耦合不良及数据丢失等现象。5.2 焊缝标识每条焊缝应有编号标记，在平焊位置还应有起始标记和扫查方向标记，起始标记用“O”表示，扫查方向标记用箭头表示，通常沿介质流动方向顺时针用
30、记号笔划定，所有标记应对扫查无影响。每条焊缝标记必须齐全，除有编号标记外，在平焊位置还应有起始标记和扫查方向标记，起始标记用“O”表示，也就是“O”起点为管线正上方中心点，即12：00点位置；扫查方向标记用箭头表示，通常沿介质流动方向顺时针用记号笔划定，所有标记应对扫查无影响；焊缝的标记便于焊缝具有可追溯性。5.3 参考线5.3.1 参考线用于安装扫查器轨道。在检测之前，应在管子表面画一个参考线，参考线在检测区一侧距两坡口中心线的距离，应根据检测公司的检测设备而定，一般不小于40mm。 参考线用于安装扫查器轨道。在检测之前，应在管子表面画一个参考线，参考线在检测区一侧距两坡口中心线的距离，应根据检测公司的检测设备而定，不同的检测设备参考线是
