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雙相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體的雙相組織，而且單相含量一般都大于30%，兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，并且在塑性、韌性、耐腐蝕性等方面都“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”。

目前在海洋石油天然氣平臺(tái)的建造過程中，通常采用傳統(tǒng)的射線檢測(cè)方法檢測(cè)雙相不銹鋼焊縫的內(nèi)部缺陷。射線檢測(cè)技術(shù)比較成熟，在工程項(xiàng)目的應(yīng)用中屬于穩(wěn)定且保守的檢測(cè)方法；但射線檢測(cè)也存在“致命”的缺點(diǎn)——電離輻射，因此射線作業(yè)必須在隔離的條件下進(jìn)行，在周邊一定區(qū)域內(nèi)不允許有其他任何施工人員；尤其是管線工作進(jìn)入安裝階段后，射線檢測(cè)往往難以實(shí)現(xiàn)中心曝光，導(dǎo)致檢驗(yàn)效率低下，嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)度。

超聲檢測(cè)也是針對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷的傳統(tǒng)檢測(cè)方法之一，并且對(duì)坡口未熔合等高危面狀缺陷較為敏感。但雙相不銹鋼焊縫及其鄰近區(qū)域的晶粒較為粗大，聲波能量衰減嚴(yán)重、信噪比差，甚至無法區(qū)分缺陷信號(hào)和雜波信號(hào)；另外，由于超聲波檢測(cè)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可記錄性差，且受人員技能水平的影響較大，在某種程度上制約了其在雙相不銹鋼管線焊縫中的應(yīng)用。

超聲相控陣技術(shù)是傳統(tǒng)超聲檢測(cè)的延伸應(yīng)用，近年來發(fā)展迅速。在海洋工程項(xiàng)目中，超聲相控陣檢測(cè)低合金鋼的方法越來越廣泛。面對(duì)雙相不銹鋼焊縫的粗大晶粒時(shí)，為了提高聲束的穿透能力，相控陣?yán)寐暿目煽匦詴?huì)生成一定角度范圍的縱波。但由于受偏轉(zhuǎn)能力的制約，為了實(shí)現(xiàn)焊縫內(nèi)部和熱影響區(qū)的聲束有效覆蓋，必須去除焊縫表面余高，使探頭橫跨在焊縫上掃查。但去除余高后的焊縫表面粗糙度較大，耦合探頭時(shí)在聲束初始位置(約2~3mm)有較為強(qiáng)烈的耦合信號(hào)，此信號(hào)可能會(huì)掩蓋上表面區(qū)域的缺陷，存在漏檢風(fēng)險(xiǎn)；另外此工藝需要多次掃查，檢驗(yàn)效率不高。

橫跨焊縫耦合的雜波示意

被檢管線焊縫規(guī)格為直徑450mm、壁厚14.27mm，采用“V”型坡口氬弧焊焊接方法，材料為雙相不銹鋼(牌號(hào)S31803)。

被檢焊縫截面示意及外觀。

DMA(Dual Matrix Array的簡(jiǎn)寫)是屬于TRL（縱波一發(fā)一收）系列的二維矩陣相控陣探頭，其能大幅改善聲束的穿透能力和信噪比，主要是由于該探頭具有下述優(yōu)點(diǎn)：

相控陣檢測(cè)區(qū)域應(yīng)包含焊縫內(nèi)部、熱影響區(qū)及其鄰近區(qū)域，為保證聲束有效地覆蓋被檢區(qū)域，需對(duì)聲束傳播進(jìn)行模擬，以確定和優(yōu)化超聲相控陣檢測(cè)工藝。SetupBuilder聲束模擬軟件簡(jiǎn)單實(shí)用，其基于理論聲學(xué)公式，通過計(jì)算、模擬各種型號(hào)換能器在特定工藝設(shè)置下產(chǎn)生的波束覆蓋，從而指導(dǎo)檢測(cè)工藝參數(shù)的設(shè)置。

通過理論分析和聲束模擬，同時(shí)考慮到坡口未熔合的方向性，檢測(cè)工藝確定為使用DMA探頭進(jìn)行單面雙側(cè)扇形掃描為主，低頻線性陣列探頭激發(fā)橫波檢測(cè)為輔的檢測(cè)方法。

DMA探頭和線性陣列探頭檢測(cè)工藝示意

為確保工藝的可靠性，在帶有缺陷的演示試塊上進(jìn)行工藝認(rèn)證，以確保演示試塊中的所有缺陷均能被有效檢出，并且檢測(cè)的尺寸和位置能夠和實(shí)際情況相匹配。

演示試塊結(jié)構(gòu)示意

為了更真實(shí)地模擬被檢焊縫的實(shí)際狀態(tài)，演示試塊的材料直接在被檢管線上截取，并且按照被檢焊縫的焊接工藝焊接，上圖中A為表面槽，用于模擬焊趾裂紋等表面缺陷；B為坡口處槽，用于模擬焊縫內(nèi)部坡口未熔合等面狀缺陷；C為根部槽，用于模擬根部處的缺陷；D為焊縫內(nèi)部孔，用于模擬焊縫內(nèi)部氣孔、夾渣等體積型缺陷。

試驗(yàn)采用奧林巴斯OMNISCAN MX2超聲相控陣檢測(cè)儀，依次校準(zhǔn)聲速、楔塊延時(shí)、角度校準(zhǔn)增益及TCG(深度補(bǔ)償)曲線，安裝適當(dāng)?shù)木幋a器和掃查架，按照檢測(cè)工藝進(jìn)行掃查并保存數(shù)據(jù)。

結(jié)果顯示：該檢測(cè)工藝能很好地檢測(cè)出演示試塊中的所有缺陷，并且定位和定量結(jié)果與實(shí)際值基本吻合，說明在誤差允許范圍之內(nèi)，該工藝是可行的。

在某液化天然氣(LNG)管線應(yīng)用超聲相控陣檢測(cè)工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)射線檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)某焊縫根部位置存在長度約50mm的缺陷。

現(xiàn)場(chǎng)相控陣檢測(cè)結(jié)果

在拆除焊口附近管線內(nèi)部，通過目視發(fā)現(xiàn)根部單側(cè)未熔合，經(jīng)測(cè)量其長度約48mm。

缺陷實(shí)際外觀

目視結(jié)果和相控陣檢測(cè)結(jié)果幾乎相同，進(jìn)一步驗(yàn)證了其工藝的有效性和可靠性。