X80钢级Φ1 422 mm埋弧焊管焊缝自动超声检测对比试块合理性分析

随着油气输送管线输送量的不断提高，对于管径、钢级和壁厚的要求不断增大，如中俄东线天然气管道工程使用的X80钢级埋弧焊管规格分别为Φ1 422 mm×17.8 mm、 Φ1 422 mm×21.4 mm、Φ1 422 mm×25.7 mm 和 Φ1 422 mm×30.8 mm。由于钢管壁厚和管径的不断增加，现在应用的埋弧焊（SAW）钢管焊缝自动超声波检测（AUT）标准和规范已经不能适用，应该制定适合的埋弧焊钢管焊缝自动超声波检测标准或规范。然而，埋弧焊钢管焊缝AUT方法中对比试块的设计是关键，只有对比试块设计合理，才能保证AUT检测系统有效检测全壁厚和规定宽度内所有取向的缺陷。笔者主要从自动超声波检测的现状与存在问题、检测可行性分析、对比试块的设计与检测探头排列、对比分析与结果验证等方面进行分析研究。

1 超声检测现状及存在的问题

目前相关管线钢管规范要求[1]:埋弧焊钢管焊缝自动超声检测对比试块具有N5刻槽和Φ1.6 mm竖通孔两种人工缺陷，图1为埋弧焊钢管焊缝AUT检测对比试块示意图。针对中俄东线高强度管线钢管焊缝中的缺陷主要有纵向和横向两类，对比试块中的N5刻槽也分纵向和横向，其中，纵向6个，横向2个，分别位于焊缝内外表面，用以检查探头的检测范围及对各取向缺陷的检测能力。Φ1.6 mm竖通孔位于焊缝中心，用以确定检测灵敏度。在进行设备及灵敏度校验时，AUT检测系统应能够检出对比试块中所有人工缺陷，这是对AUT检测系统提出的最低要求。

  

图1 埋弧焊缝AUT检测对比试块示意图

为了能检测出对比试块中的所有人工缺陷，埋弧焊钢管焊缝AUT检测系统的探头数量及分布情况如图2所示。一般情况下，直缝埋弧焊接钢管采用L11-L12、L21-L22、T11-T12和D-D组合方式，其中探头L11-L12和L21-L22检测纵向缺陷，探头T11-T12检测横向缺陷，探头D-D检测焊缝热影响区缺陷；螺旋埋弧焊接钢管采用L11-L12、 L21-L22、 T11-T12/T21-T22和 D-D 组合方式，其中探头L11-L12和L21-L22检测纵向缺陷，探头T11-T12/T21-T22检测横向缺陷，探头D-D检测焊缝热影响区缺陷。除探头D-D外，其余探头均可检测到Φ1.6 mm竖通孔，以此用来确定检测灵敏度。

图1以及图2中所示的埋弧焊钢管焊缝AUT检测对比试块和探头排列与布置均满足目前相关管线钢管（如中俄东线等）规范和标准要求，图2中的探头排列与布置均能检测出图1中对应的人工缺陷。

由于目前中俄东线项目中使用的钢管管径和壁厚较大，对比试块人工缺陷如刻槽均位于埋弧焊缝内、外表面，特别对于检测纵向缺陷，2组探头已不能覆盖全壁厚和一定宽度纵向缺陷的检测。但由于埋弧焊缝中横向缺陷产生几率较低，以上检测横向缺陷所使用人工缺陷位置和探头排列与布置基本可以满足要求。另外，由于厚壁埋弧焊钢管一般采用X形坡口焊接，容易产生垂直于检测面的中间未焊透和坡口面未熔合等缺陷，也未考虑此类缺陷检测使用的人工缺陷。

  

图2 埋弧焊缝AUT检测探头排列与布置示意图

2 钢管焊缝缺陷AUT检测的可行性分析

在线X射线工业电视检测在钢管焊缝检测中的比例很大，约占焊缝长度95%～97%，随着焊缝壁厚的增加，其灵敏度不断降低，工业电视检测灵敏度一般优于4%，比超声检测灵敏度（一般优于2%）低一半。从无损检测机理讲，工业电视检测和X射线检测对体积型缺陷（如气孔、夹渣等）的检测灵敏度较高，对面积型缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透等）的检测灵敏度较低；而超声检测对体积型缺陷的检测灵敏度较低，对面积型缺陷的检测灵敏度较高。因此，对于厚壁钢管超声检测显得尤为重要。

目前管线钢管规范要求焊缝无损检测采用全焊缝100%超声波检测和全焊缝100%X射线工业电视检测。在线超声波检测存在盲区，则至少在距管端300 mm范围内应用手动超声波检测；在线X射线工业电视检测存在盲区，则至少在距管端250 mm范围内用X射线检测[2]。

钢管焊缝AUT检测的覆盖率主要由探头的排列与布置决定，探头的排列与布置主要由对比试块中人工缺陷位置决定。中俄东线项目中的埋弧焊钢管焊缝采用X形坡口，从厚度方向将埋弧焊钢管焊缝的检测区域分为上表面、上坡口、钝边、下坡口和下表面检测区域，如图3所示。保证了在壁厚和一定宽度范围内所有缺陷得到检测。

此外，丙酚替诺福韦片（TAF）和替诺福韦酯片（TDF）治疗3年的疗效和安全性比较，整体安全性相似，但TAF组的肾脏和骨骼安全性持续改善。另一项研究报告了TDF在2～12岁儿童中治疗48周，HBV DNA抑制、ALT复常显著优于安慰剂组，然而治疗组在骨密度升高水平方面较对照组偏低。详见会议摘要381和76。

“现在我在我的家庭里，在那些最好的，最亲爱的人们中间，比一个陌生人还要陌生。”[6]411卡夫卡不止一次地这样意味深长地抱怨:“不幸的童年几乎毁了我的一生”。[4]461-501

  

图3 焊缝缺陷检测区域一侧示意图

3 对比试块设计与检测探头排列布置

（1）目前规范中使用的埋弧焊钢管焊缝自动超声检测所用对比试块仅能有效检测壁厚12 mm以内的焊缝缺陷，且未有设置检测闸门的人工缺陷。

根据声场相关理论计算可知，常用2.5 MHz、Φ10 mm～Φ12 mm K2斜探头在100 mm声程处的有效声束宽度约为12～15 mm[3]，对于上下表面位置的刻槽检测探头的有效声束宽度约6～7 mm，探头声场示意如图4所示。另外，对于埋弧焊钢管焊接采用的X形坡口容易产生缺陷的部位，将检测区域划分为外焊区域/内部/内焊区域，如图5所示。由于壁厚的不断增加和探头有效声束宽度的限制，对于检测内部区域缺陷必须进行详细划分，主要考虑2个方面的问题:X形坡口钝边容易出现中间未焊透缺陷的检测，主要应用一收一发串列式双探头检测技术；X形坡口面的未熔合缺陷，主要应用自发自收单探头检测技术。

  

图4 探头声场示意图

  

图5 X形坡口焊缝区域划分与缺陷

中俄东线天然气管道工程使用的埋弧焊管规格分别为Φ1 422 mm×17.8 mm、Φ1 422 mm×21.4 mm、Φ1 422 mm×25.7 mm以及Φ1 422 mm×30.8 mm，以项目之中的最小规格Φ1 422 mm×17.8 mm以及最大规格Φ1 422 mm×30.8 mm为例进行对比试块设计。

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对于最小规格Φ1 422 mm×17.8 mm，壁厚范围在12 mm＜t≤18 mm的埋弧焊钢管焊缝对比试块设计如图6所示[4-5]。

  

图6 12 mm＜t≤18 mm对比试块示意图

图6中，人工缺陷种类有纵向、横向和焊缝两侧热影响区分层缺陷，其中1、9、3和7为外焊区域和内焊区域的纵向刻槽（N5），主要用于模拟焊趾部位的咬边和延伸到表面未熔合等缺陷；2和8为焊缝厚度中间区域垂直钝边平底孔（Φ2 mm～Φ3 mm），主要用于模拟中间未焊透等缺陷，在焊缝中的位置如图7所示；10和11为外焊区域和内焊区域的横向刻槽（N5），主要用于模拟焊缝表面和内部横向缺陷等；4和6为距离焊趾一定距离（一般为壁厚的30%，最小为5 mm，最大为10 mm）竖通孔（Φ3.2 mm），主要用于设置检测闸门起点；5为焊缝中心位置竖通孔 （Φ1.6 mm），主要用于调节检测灵敏度和设置检测闸门终点；12和13为焊缝热影响区母材上平底孔，主要用于检测焊缝热影响区的母材分层缺陷。

对于最大规格Φ1 422 mm×30.8 mm，壁厚范围在30 mm＜t≤36 mm的埋弧焊钢管焊缝对比试块设计如图8所示[4-7]。

2.1 两组患者的血清 25-（OH）D3、NLR、CK-MB、cTnI水平比较 恶性组患者的血清25-（OH）D3水平低于非恶性组（P＜0.05），恶性组的 NLR、CK-MB、cTnI水平高于非恶性组（P＜0.05）。见表1。

  

图7 12 mm＜t≤18 mm内部纵向人工缺陷示意图

  

图8 30 mm＜t≤36 mm时对比试块示意图

  

图9 30mm＜t≤36mm时纵向人工缺陷示意图

图8中，人工缺陷种类有纵向、横向和焊缝两侧热影响区分层缺陷，其中1、10、6和15为外焊区域和内焊区域的纵向刻槽（N5），主要用于模拟焊趾部位的咬边和延伸到表面未熔合等缺陷；2、11、5和14为焊缝内部区域垂直坡口面平底孔（Φ2 mm～Φ3 mm），主要用于模拟坡口未熔合等缺陷，在焊缝中的位置如图9所示；3、12、4和13为焊缝内部区域垂直钝边平底孔（Φ2 mm～Φ3 mm），主要用于模拟中间未焊透及角度小于15°（半角）的坡口未熔合等缺陷，在焊缝中的位置如图9所示；16和17为外焊区域和内焊区域的横向刻槽（N5），主要用于模拟焊缝表面和内部横向缺陷等；7和9为距离焊趾一定距离（一般为壁厚的30%，最小为5 mm，最大为10 mm）竖通孔（Φ3.2 mm），主要用于设置检测闸门起点；8为焊缝中心位置竖通孔 （Φ1.6 mm），主要用于调节检测灵敏度和设置检测闸门终点；18和19为焊缝热影响区母材上平底孔，主要用于检测焊缝热影响区的母材分层缺陷。

在革命战争年代，长征时期红军战士爬雪山、过草地、煮皮带、吃树根，坚决执行“不拿群众一针一线”的方针；在社会主义年代，老一代科学家风餐露宿、顽强拼搏，克服各种难以想象的困难，突破技术难关，最终完成了我国“两弹一星”战略。大学生接受红色文化熏陶，有助于将艰苦奋斗精神渗透到他们的学习和生活中去，培养谦虚、踏实的学习和生活态度[1]。

检测横向缺陷闸门设置（OB探头）如图15所示。横向缺陷使用OB探头检测时，探头T11检测闸门的设置起点在图15中界面波前端至少1mm处，闸门的终点设置在横向刻槽反射波后端至少1 mm处；探头T12检测闸门的设置与探头T11相似[10-11]。

  

图10 12 mm＜t≤18 mm时探头排列与布置示意图

壁厚范围在30 mm＜t≤36 mm埋弧焊钢管焊缝自动超声波检测系统的探头排列与布置如图11所示，在此厚度区间目前仅能制造直缝埋弧焊钢管，因此对于直缝埋弧焊钢管焊缝采用L11-L12、 L21-L22、 L31-L32、 L41-L42、 L51-L52/L61-L62、L71-L72/L81-L82、T11-T12和D-D组合方式，其中探头 L11-L12、 L21-L22、 L31-L32、 L41-L42、 L51-L52/L61-L62和L71-L72/L81-L82检测纵向缺陷，探头T11-T12检测横向缺陷，探头D-D检测焊缝热影响区缺陷。除探头D-D外，其余探头均可检测到Φ1.6 mm竖通孔，以此用来确定检测灵敏度。

  

图11 30 mm＜t≤36 mm时探头排列与布置示意图

4 对比分析与结果验证

为了保证埋弧焊钢管焊缝AUT检测全覆盖，对比试块设计中的人工缺陷分布尤为关键，必须考虑全壁厚范围和规定宽度范围（一般为壁厚的30%，最小为5 mm，最大为10 mm）[8-9]全覆盖检测。钢管壁厚为30.8 mm所用探头规格为2.5P10×12K2（有效声束宽度为12 mm），以此为例进行验证。

4.1 全壁厚范围的检测

全方面地展示岗位，以“工薪”、“经验”、“学历”三大基本指标进行组合为每个岗位设计分级标准，针对性地将岗位分为三个等级。

  

图12 钢管焊缝壁厚划分（针对纵向缺陷）

根据焊接使用的坡口形式和焊接过程中容易产生的缺陷，检测纵向缺陷探头分布应依次检测外焊区域/内部/内焊区域，探头主声束位置、选用角度（检测坡口面缺陷探头折射角的选择应与坡口角度有关）和分布情况如图13所示。

  

图13 检测纵向缺陷探头主声束位置和角度选用

4.2 规定宽度范围的检测

检测纵向缺陷闸门设置如图14所示。对于检测纵向缺陷时，探头L11检测闸门的设置起点在图14中虚线竖通孔反射波前端至少1 mm处，闸门的终点设置在焊缝中心竖通孔反射波后端至少1 mm处；探头L12检测闸门的设置与探头L11相似。 探头 L21-L22、 L31-L32、 L41-L42、 L51-L52/L61-L62和L71-L72/L81-L82检测闸门的设置与探头L11-L12检测闸门的设置相似[10-11]。

  

图14 检测纵向缺陷闸门设置

为了能有效检测出上述设计的对比试块中所有人工缺陷，壁厚范围在12 mm＜t≤18 mm埋弧焊钢管焊缝AUT检测系统的探头排列与布置如图10所示。对于直缝埋弧焊钢管焊缝采用L11-L12、 L21-L22、 L31-L32/L41-L4、 T11-T12 和D-D 组合方式，其中探头L11-L12、L21-L22和L31-L32/L41-L42检测纵向缺陷，探头T11-T12检测横向缺陷，探头D-D检测焊缝热影响区缺陷；对于螺旋缝埋弧焊钢管焊缝采用 L11-L12、 L21-L22、 L31-L32/L41-L4、 T11-T12/T21-T22和D-D组合方式，其中探头L11-L12、L21-L22和L31-L32/L41-L42检测纵向缺陷，探头T11-T12/T21-T22检测横向缺陷，探头D-D检测焊缝热影响区缺陷。除探头D-D外，其余探头均可检测到Φ1.6 mm竖通孔，以此用来确定检测灵敏度。

[1]George William Skinner. “What the Study of China Can Do for Social Science”, Journal of Asian Studies, 1964, 23(4).

检测横向缺陷的闸门设置 （K形或X形探头）如图16所示。横向缺陷使用K形或X形探头检测时，探头T21检测闸门的设置起点在图16中虚线竖通孔反射波前端至少1 mm处，闸门的终点设置在实线竖通孔反射波后端至少1 mm处；探头T22检测闸门的设置与探头T21相似。探头T31-T32检测闸门的设置与探头T21-T22检测闸门的设置相似[10-11]。

  

图15 检测横向缺陷闸门设置（OB探头）

  

图16 检测横向缺陷的闸门设置（K形或X形探头）

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4.3 检测结果验证

以壁厚范围在30 mm＜t≤36 mm的埋弧焊钢管焊缝为例，进行检测结果验证。试验使用规格为Φ1 422 mm×30.8 mm的直缝埋弧焊钢管如图8所示的对比试块，AUT检测带状图如图17所示。

  

图17 直缝埋弧焊钢管焊缝AUT检测带状图（壁厚30.8 mm）

从图17可以看出，埋弧焊钢管焊缝AUT检测带状图显示出了每个通道的耦合监视状况（图中通道中出现的波形耦合良好，无耦合不良），每个通道缺陷位置（图中最上面刻度值）01～16通道对应的探头分别为 L11-L12、 L21-L22、 L31-L32、 L41-L42、L51-L52/L61-L62、 L71-L72/L81-L82、 T11-T12和 D-D。 结果表明，带状图中每一通道显示与对比试块的人工缺陷相符，达到了预期结果。

5 结论

SAW钢管焊缝AUT检测用对比试块设计主要考虑以下3个方面:焊接采用X形坡口；焊接过程产生纵向缺陷和横向缺陷；确保焊缝缺陷全覆盖检测（全壁厚和一定宽度范围）。

为了100%检测焊缝区域的纵向、横向和分层缺陷。对于检测纵向缺陷除了在内外表面各设置1对探头外（主要用于检测表面和近表面缺陷及咬边和向表面延伸的未熔合等），还应在壁厚的25%、42%、58%和75%位置各设置1对探头（用于检测坡口面未熔合及钝边未焊透等缺陷），如图12所示。对于检测横向缺陷直缝埋弧焊钢管优先选用OB（on bead）探头检测，由于OB探头可以在整个厚度范围内检测，螺旋缝埋弧焊钢管选用K形和X形探头检测。

（2）设计的中俄东线管道工程项目X80钢级Φ1422mm埋弧焊钢管焊缝自动超声波检测的对比试块（图6和图8），解决了埋弧焊钢管焊缝全壁厚和规定宽度范围内缺陷检测，可以使检测结果永久保存并显示每个通道缺陷分布、位置与探头耦合监视状况等，检测结果可以替代X射线检测，实现AUT检测结果远程传送与评估技术。

参考文献：

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通过上述分析可知，目前使用的埋弧焊钢管焊缝AUT检测对比试块中纵向刻槽仅能检测出上下表面6～7 mm范围内的缺陷，即检测壁厚约为12 mm。对于壁厚大于12 mm的埋弧焊钢管焊缝检测应采用图6和图8设计的对比试块，覆盖壁厚范围为12 mm＜t≤18 mm和 30 mm＜t≤36 mm，满足X80钢级Φ1 422 mm中俄东线天然气管道工程使用的壁厚17.8 mm和30.8 mm钢管焊缝在壁厚和规定宽度范围全覆盖检测。同样，可设计覆盖壁厚范围18 mm＜t≤24 mm及24 mm＜t≤30 mm的对比试块，满足X80钢级Φ1 422 mm中俄东线天然气管道工程使用的壁厚21.4 mm和25.7 mm钢管焊缝在壁厚和规定宽度范围全覆盖检测，本文不一一叙述。

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1）扰动将引起超（静）孔隙水压力的产生，降低土体有效应力，隧洞围岩的稳定性变差，因此含水土体中进行隧洞施工时应尽可能选用减少扰动的技术。

抗原模拟表位预测结果：HLA_Bind和SYFPEITHI程序对MLAA-22 MHC Ⅰ及MHC Ⅱ限制性抗原肽预测结果如下：HLA Peptide Binding Predictions 程序对MLAA-22MHC-I限制性抗原9肽预测结果(表1)。