奥林巴斯超声相检测仪AUT PipeWizard 长输管线环焊缝自动检测系统

管道环焊缝检测系统

PipeWIZARD是一款采用相控阵和常规超声技术（AUT）的自动环焊缝检测系统。这个系统专门为在陆上和海上恶劣环境中进行的现场焊缝到焊缝检测而设计。

铺设在世界各地的管道输送着大量的天然气、石油、水和各类化学物，因此可以说在全球经济领域中，管道发挥着关键性的作用。管道的环焊工程通常使用自动焊接系统在现场完成。对于管道施工来说，由于焊缝是缺陷的多发区域，因而成为“薄弱环节”。需对管道焊缝进行无损检测、涂漆后，再将其埋设到地下或铺设于海底。由于对施工周期要求严格，因此需要非常迅速地检测和分析焊缝中的缺陷。

自动超声检测（AUT）

近年来，自动超声检测（AUT）技术已经开始取代传统的射线成像技术，成为世界上常用的管道焊缝检测方法。射线成像技术具有明显的局限性：平面缺陷的检测能力差、无垂直定量缺陷的性能、具有安全方面的隐患，会造成环境污染。

自动超声检测（AUT）的优势：

• 无辐射危害，无化学污染，无需获得许可
  

• 检测周期很短，生产效率很高

• 探测和定量的准确度更高，降低了报废率

• 使用工程临界评估（ECA）验收标准对缺陷指示的垂直高度和深度进行测量，降低了报废率

• 通过智能输出显示，进行实时分析

• 提供与电子支持相关的数据和检测报告

• 更好地控制焊接过程，同样也降低了报废率

相控阵技术

早期的自动超声检测系统使用带有多个常规超声探头的多探头系统进行检测。10年以前，相控阵系统问世。相控阵系统通过电子方式生成和接收超声声束。阵列中的每个晶片都可以单独发射脉冲，并经过时间延迟处理，创建各种声束角度和焦距。

相控阵系统优于常规多探头系统的主要特性：

• 一般来说，两个相控阵探头可以替代24个以上的常规探头
  

• 相控阵设置通过加载文件完成，而无需分别调整每个探头的位置

• 优化相控阵声束的方式是在软件中设置适当的参数（角度、焦点、UT声程、声束宽度），以提高定量的准确性

• 与同等常规多探头系统相比，相控阵系统少了约80%的移动部件，提高了扫查过程的稳定性及检测结果的可靠性

• 相控阵扫查器比常规多探头扫查器体积小得多，重量轻得多。因此相控阵扫查器更容易操控，而且对焊缝两侧涂层的磨损也会降低

• 相控阵系统可以检测几乎各种类型的焊缝结构，而常规多探头系统则会受到管道的壁厚和直径的限制

• 相控阵电子扫查有助于完成自行定制的焊缝检测，其中包括：多角度TOFD、高级成像和细节检测

符合规范

1998年，ASTM（美国实验与材料协会）发布了E-1961-98规范（2003年，重新通过）。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、专用校准试块，以及配置步骤。E-1961规范的目的是用于工业临界评估（ECA）。1999年，美国石油学会（API）发布了第19版1104标准，其中涉及了环焊缝的机械化超声检测和射线成像技术检测。

使用PipeWIZARD系统进行的检测均符合ASTM E-1961规范，由此推断，也符合API 1104标准。此外，这些检测还符合海上自动超声检测规范：DNV-OS-F101标准。

公司的技术规格可能会高于规范的要求，因为一般来说，具体的检测会要求获得更准确的定量结果，或者使用更高的分辨率。

PipeWIZARD经验

PipeWIZARD系统专门为在恶劣环境中进行检测而设计，无论在寒冷的西伯利亚地区还是炎热的中东沙漠，也无论在潮湿、多盐还是干旱条件下，系统都能出色地完成检测任务。此外，PipeWIZARD系统还通过了大量的测试，证明可以经受住振动、撞击和电磁干扰。

PipeWIZARD系统适用于检测所有环焊缝结构：

• 各种焊缝坡口类型：CRC-Evans、J形坡口、V形坡口、双V形坡口、X形坡口等

• 典型的管道壁厚：从6毫米到35毫米以上

     可为更厚的管道提供选购项目

• 典型的管道直径：从6英寸到56英寸以上

  可为直径更小的管道提供选购项目

• 管道材料：从标准碳钢到更复杂管道，如：铬镍铁合金管、堆焊管，以及壁厚会发生变化的无缝管等

要探测的典型缺陷如：未熔合、未焊透、多孔性、焊穿、咬边、高低不平、裂纹、冷搭接、夹渣等。

取决于焊缝类型、管道直径、检测地点和检测环境，检测周期时间在2分钟到6分钟不等。

PipeWIZARD应用情况总结

• PipeWIZARD相控阵系统用于世界各地的大型陆上和海上管道建造项目。

• PipeWIZARD系统检测的焊缝已经超过一百万。

• 各大主要石油和天然气公司都已在管道建造项目中认可使用PipeWIZARD系统：

     --Exxon Mobil（埃克森美孚）

     --Shell（壳牌）

     --TOTAL（道达尔）

     --BP（英国石油）

     --Chevron（雪佛龙）

     --Eni（埃尼）

     --Petrobras（巴西石油）

     --Gazprom（俄罗斯天然气）

• 世界各地成百上千的操作人员已经接受了有关PipeWIZARD系统的培训。

分区检测技术

PipeWIZARD系统使用的主要技术是分区检测技术，即焊缝的每个不同区域由特定的超声声束检测。pw区域的总体高度大约相当于焊道的深度。

焊缝两侧各放有一个相控阵探头，可确保完全覆盖焊缝的坡口区域及整个体积。根据被检区域的具体情况，可以使用脉冲回波和发送接收（一发一收）配置。这些相控阵通道以带状图方式显示。

另外，还可使用衍射时差（TOFD）技术提高对较小或方向不定的缺陷指示的探测及定量能力。衍射时差技术还用于确认在带状图通道中探测到的缺陷指示。TOFD数据可以由相控阵探头或专用的常规探头提供。

可以使用选购的横向模块和4个专用的常规探头，探测焊缝中的横向缺陷。

在扫查焊缝和校准试块的过程中，屏幕上会显示特定的通道，以监控每个相控阵探头的耦合情况。

每种焊缝结构需要一个专用的校准试块。这个试块的直径、厚度和材料要与现场待检管道完全一样。需要在试块中加工一些特定的反射体。这些反射体要能代表焊接过程中很可能会出现的典型缺陷。要根据检测程序对所有声束进行校准。

高级用户友好型软件

PipeWIZARD V4软件基于已经得到实地验证的强大的TomoView数据采集和分析软件。这个软件提供简单自动创建设置的功能、大量的数据分析工具（包括2D视图）、轻松制作报告的功能，以及一些高级焊缝检测功能。设计PipeWIZARD V4软件的宗旨是为更复杂的检测配置提供一个简单、灵活、可升级的软件。经过优化的用户界面可以进行快速培训及高效的现场操作；对于富有经验的操作人员，无需接受额外培训。

PipeWIZARD V4软件基于不断审核改进的Tomoview平台。这也意味着即使在工作现场，也能轻松完成软件升级。

自动设置创建

操作人员可以在独立于系统设备的情况下离线创建设置。在几分钟之内，设置文件可被保存并通过邮件发送到任何工作地点，随后，现场的操作人员只需对系统进行校准即可。

除了标准带状图通道和单个聚焦法则的B扫描视图（TOFD、体积和根部成像图）之外，现在设置中还可包含扇形和线性扫查通道。这个新添性能很有可能将缺陷探测和定量提高到一个远远超出各种分区规范要求的水平。

校准与检测

在检测序列中可以实时显示采集到的数据。数据文件名以递增方式自动生成。

用于PipeWIZARD系统的TomoScan FOCUS LT采集设备，与以前的采集设备相比，提高了数据通量（4 MB/s对比0.7 MB/s）。这样就可以采集经过压缩A扫描的完整数据；此外，在以100 mm/s的速度进行扫查时，还可以同时运行多个设置。

快速、详细的分析

PipeWIZARD软件可以在10个独立的布局中提供几乎无限数量的通道。软件可以对数据进行自动判读，方法是在焊缝坡口剖面图中显示缺陷的位置及其在管道周向上的位置。

有很多可以帮助操作人员定量及定位缺陷指示的分析工具：

• 用于带状图的双闸门

• 扇形扫查和线性扫查的焊缝覆盖功能（见下图）

• 放大功能

• PW视图链接

• 自定义视图

• 自动测量

• 缺陷指示的累计测量

• C扫描融合功能

• 可定制的彩色调色板

自动生成报告

PipeWIZARD软件提供自动生成报告的功能。报告可以自行定制，可包括项目名称、扫查日期和时间、焊缝ID、操作员姓名、完整的扫描视图、带有被检区域信息的焊缝坡口图形，带有缺陷编号、缺陷的长度、高度以及在焊缝中位置的缺陷报表、焊缝状态以及操作员评注等。

简便的数据存储

所有数据文件都可被存储在任何外置驱动硬盘中，或被归档在CD/DVD盘中，以备日后查询。自动备份功能可以实现数据镜像，增强了数据的安全性。通过互联网还可以将数据文件方便地传送给其他人员。

PipeWIZARD VIEWER

PipeWIZARD VIEWER是一个用于查看相控阵和超声数据的免费软件。这个软件可以加载由PipeWIZARD V4软件生成的数据文件。对于需要回顾扫查的第三方或最终用户来说，这个软件非常有用。PipeWIZARD VIEWER软件可在带有SP2的Microsoft Windows XP Pro、Microsoft Windows Vista和Microsoft Windows 7上运行。

高级应用

PipeWIZARD系统用途广泛，可用于检测特殊焊缝结构及其他应用。

• 堆焊管道：PipeWIZARD已经具备了使用特定纵波检测技术和高级软件功能对堆焊管道进行检测的资质。

• 无缝管道：我们为PipeWIZARD开发、认证了一项独特的检测技术，可对壁厚变化很大管道上的焊缝进行检测。

• 厚壁管道：PipeWIZARD系统的机械部件经过细微的调整，就可以使用不同探头和楔块对较厚管道的焊缝进行检测。

主要设备

扫查器

PipeWIZARD扫查器是一款结构紧凑、坚固耐用、经过现场验证的设备，可进行稳定、可重复的扫查。

扫查器头部的设计符合IP66评级标准，装有一个驱动电机、一个编码器、两个相控阵探头和楔块、两个TOFD探头和楔块，以及一个温度传感器。

一条耐用型脐带线缆为所有必要的线缆提供了保护作用，还包括用于耦合的水管。

计算机与软件

加固型手提式计算机，装有Microsoft Windows和PipeWIZARD数据采集和分析软件。软件包包括：TomoView和高级计算器软件、Microsoft Office以及所有必要的软件附件。

机箱

这个用于装载TomoScan FOCUS LT和PWZ-MCDU的重型机箱，紧凑，坚固，设计符合IP64评级标准。机箱的前盖上安装了一个热交换器，机箱内部还装有减震器，用于保护箱内的设备。其连接面板上有一个外置电源插座，用于连接配件。

采集设备

采集设备TomoScan FOCUS LT 64:128，可以最多提供64个聚焦通道和128 P/R，可实现相控阵探头和常规探头的多种组合配置。

电机控制器和驱动设备

PWZ-MCDU可以通过以太网链接，驱动一个DC伺服电机。