奧林巴斯PipeWIZARD 環(huán)焊縫檢測系統(tǒng)

PipeWIZARD是一款使用相控陣和常規(guī)超聲技術(shù)的自動環(huán)焊縫檢測系統(tǒng)（AUT）。這款設(shè)備專門為在陸上、海上的環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場焊縫到焊縫檢測而設(shè)計。

環(huán)焊縫檢測系統(tǒng)

PipeWIZARD是一款使用相控陣和常規(guī)超聲技術(shù)的自動環(huán)焊縫檢測系統(tǒng)（AUT）。這款設(shè)備專門為在陸上、海上的環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場焊縫到焊縫檢測而設(shè)計。

地下或海底管線傳輸大量的天然氣、石油、水及其他化學(xué)物品，在的經(jīng)濟(jì)中起到舉足輕重的作用。管道在現(xiàn)場通常采用自動焊接系統(tǒng)以環(huán)焊方式對接。在管線建造過程中，由于焊縫處通常會出現(xiàn)缺陷，因而焊縫成為管線上的"弱點"。需對管道的焊縫進(jìn)行無損檢測、涂漆后，再將其埋到地下或置于海底。由于對施工周期要求嚴(yán)格，因此需對焊縫進(jìn)行快速的缺陷檢測及分析。

奧林巴斯PipeWIZARD 環(huán)焊縫檢測系統(tǒng)
自動超聲檢測（AUT）

近年來，自動超聲檢測（AUT）技術(shù)已開始取代了傳統(tǒng)的射線成像術(shù)，成為世界上先近的管線焊縫檢測方法。射線成像技術(shù)具有明顯的局限性：面缺陷檢測的效果不好、無垂直定量缺陷的性能、具有安全方面及環(huán)境污染方面的隱患。

自動超聲檢測的優(yōu)勢：

• 無輻射危害、無化學(xué)污染、無需得到許可。
• 檢測周期極短，提高了生產(chǎn)率。
• 檢測及定量精確性更高，降低了次品率。
• 使用工程臨界評估（ECA）驗收標(biāo)準(zhǔn)對缺陷指示的垂直高度和深度進(jìn)行測量，降低了次品率。
• 通過智能輸出顯示進(jìn)行實時分析。
• 提供與電子支持相關(guān)的數(shù)據(jù)和檢測報告。
• 更好地控制焊接過程，降低了次品率。

相控陣技術(shù)

早期的自動超聲檢測系統(tǒng)使用帶有多個常規(guī)超聲探頭的多探頭系統(tǒng)進(jìn)行檢測。十年以前，相控陣系統(tǒng)問世。相控陣技術(shù)使用電子控制聲束成形的原理，生成和接收超聲波。相控陣技術(shù)分別對陣列中的每個晶片延時發(fā)射激勵脈沖，從而可創(chuàng)建許多聲束角度及聚焦距離。

相控陣技術(shù)相比常規(guī)多探頭系統(tǒng)更具優(yōu)勢：

• 一般來說，兩個相控陣探頭可替代至少24個常規(guī)探頭。
• 相控陣設(shè)置通過導(dǎo)入文件發(fā)揮作用，而無需分別調(diào)整每個探頭的位置。
• 通過在軟件中設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，對相控陣聲束的角度、焦點、UT聲程、聲束寬度進(jìn)行優(yōu)化，從而提高了定量的精確性。
• 相控陣系統(tǒng)相比對等的常規(guī)多探頭系統(tǒng)，少了80%的移動部件，從而提高了掃查過程的穩(wěn)定性及檢測結(jié)果的可靠性。
• 相控陣掃查器相比常規(guī)多探頭掃查器，體積更小，重量更輕。因此相控陣掃查器更容易操控，而且對焊縫兩邊涂層的磨損也會降低。
• 相控陣系統(tǒng)可以檢測幾乎各種焊縫結(jié)構(gòu)，而常規(guī)多探頭系統(tǒng)則受限于管壁厚度和管道直徑。
• 利用相控陣電子掃查技術(shù)，用戶可以自行定制焊縫檢測，包括多角度TOFD、高級成像、高分辨率檢測等。

相控陣：
完整覆蓋只需使用2個探頭

常規(guī)UT技術(shù)：
完整覆蓋需使用24個以上的探頭

圖中顯示一個區(qū)域的檢測情況。 相控陣技術(shù)使用一個探頭可同時檢測所有區(qū)域。
相控陣技術(shù)使用置于焊縫一側(cè)的探頭可覆蓋整個焊縫區(qū)域。

插圖顯示的是一個區(qū)域的檢測情況。使用常規(guī)UT技術(shù)，需要多個探頭才可覆蓋所有區(qū)域。

符合規(guī)范

1998年， ASTM（美國實驗與材料協(xié)會）發(fā)布了E-1961-98規(guī)范（2003年，重新通過）。該規(guī)范涉及了環(huán)焊縫自動超聲檢測的主要方面：分區(qū)、快速數(shù)據(jù)判讀、校準(zhǔn)試塊，以及配置步驟。E-1961規(guī)范的目的是用于工程臨界評估（ECA）。1999年，美國石油學(xué)會（API）發(fā)布了第19版1104標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及了環(huán)焊縫的機(jī)械超聲檢測和攝像成像技術(shù)檢測。

使用PipeWIZARD進(jìn)行的檢測均符合ASTM E-1961規(guī)范，由此推斷，也符合API 1104標(biāo)準(zhǔn)。此外，這些檢測還符合海上自動超聲檢測規(guī)范：DNV-OS-F101標(biāo)準(zhǔn)。

公司的技術(shù)指標(biāo)可能會高于這些規(guī)范，通常是為了提高定量的精確性或達(dá)到更好的分辨率。

PipeWIZARD經(jīng)驗

設(shè)計PipeWIZARD系統(tǒng)的一個重要目標(biāo)是可以在惡劣的環(huán)境中操作這個系統(tǒng)。無論在寒冷的西伯利亞地區(qū)，還是在炎熱的中東沙漠，也無論工作環(huán)境潮濕、多鹽，還是干旱，PipeWIZARD系統(tǒng)均能良好運(yùn)轉(zhuǎn)。已經(jīng)對PipeWIZARD系統(tǒng)進(jìn)行了大量的測試，以確保PipeWIZARD系統(tǒng)具有防振動、防撞擊及防電磁干擾的能力。

PipeWIZARD系統(tǒng)適用于各種結(jié)構(gòu)的環(huán)焊縫檢測：

• 各種焊縫坡口類型：CRC-Evans坡口、J形坡口、V形坡口、雙V形坡口、X形坡口等。
• 典型的管道壁厚：6毫米（0.25英寸）～多于35毫米（1.4英寸）
  還有用于更厚管壁的選項。
• 典型的管道直徑：152毫米（6英寸）～多于1422毫米（56英寸）
  還有用于更小管道直徑的選項。
• 管道材料：標(biāo)準(zhǔn)碳鋼材料，以及復(fù)雜的材料配置，如：各種壁厚的鉻鎳鐵合金、包覆管道、無縫管道等。

探測出的典型缺陷為未融合、未焊透、氣孔、焊穿、咬邊、過低、裂縫、冷隔、夾雜物等。

檢測周期所用時間根據(jù)焊縫類型、管道直徑、位置及環(huán)境等因素為2分鐘到6分鐘不等。

PipeWIZARD應(yīng)用情況總結(jié)

• PipeWIZARD相控陣系統(tǒng)用于*較大的陸上和海上管線鋪設(shè)工程。
• PipeWIZARD系統(tǒng)已經(jīng)檢測了一百多萬個焊縫。
• 各大主要石油和天然氣公司都已在管線鋪設(shè)項目中認(rèn)可使用PipeWIZARD系統(tǒng)：
  • Exxon Mobil（?？松梨冢?/li>
  • Shell（殼牌）
  • TOTAL（道達(dá)爾）
  • BP（英國石油）
  • Chevron（雪佛龍）
  • Eni（埃尼）
  • Petrobras（巴西石油）
  • Gazprom（俄羅斯天然氣）
• 世界各地成百上千的操作人員已經(jīng)接受了PipeWIZARD系統(tǒng)的培訓(xùn)。

分區(qū)檢測技術(shù)

PipeWIZARD系統(tǒng)的主要技術(shù)是分區(qū)檢測技術(shù)，即焊縫的每個不同區(qū)域由不同的超聲聲束檢測。區(qū)域的總體高度大約相當(dāng)于焊道的長度。

焊縫兩側(cè)各放有一個相控陣探頭，可確保*覆蓋焊縫坡口區(qū)域及整個焊縫體積區(qū)域。根據(jù)所檢測的區(qū)域，可選擇脈沖回波配置或發(fā)送接收（"一發(fā)一收"）配置。這些相控陣通道以帶狀圖方式顯示。

另外，還使用衍射時差（TOFD）技術(shù)提高對較小或方向不定的缺陷指示的探測及定量效果。這個技術(shù)還用于確定在帶狀圖通道中探測到的缺陷指示。TOFD數(shù)據(jù)可由相控陣探頭或的常規(guī)探頭提供。

可選的橫向模塊帶有4個的常規(guī)探頭，可以探測焊縫中的橫向缺陷。

在焊縫掃查與校準(zhǔn)試塊掃查的過程中，屏幕上會出現(xiàn)分別監(jiān)控每個相控陣探頭耦合情況的不同的通道。

每種焊縫結(jié)構(gòu)需要一個于這種焊縫的校準(zhǔn)試塊，這個試塊要具有與管道相同的直徑、厚度，而且其材料需與管道材料相同。試塊中的反射體都是根據(jù)具體規(guī)格由機(jī)械加工制成，這些反射體代表了焊接過程中經(jīng)常會出現(xiàn)的典型缺陷。所有聲束都根據(jù)檢測程序校準(zhǔn)。

用戶友好的高級軟件

PipeWIZARD V4軟件基于已經(jīng)得到實地驗證的強(qiáng)大的TomoView數(shù)據(jù)采集和分析軟件。這個軟件具有簡便、自動地創(chuàng)建設(shè)置的功能、多種數(shù)據(jù)分析工具（包括2維視圖）、簡便創(chuàng)建報告的功能，以及高級焊縫檢測功能。設(shè)計PipeWIZARD V4軟件的宗旨是為更復(fù)雜的檢測配置提供一個簡單、靈活、可升級的軟件。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的用戶界面可以進(jìn)行快速培訓(xùn)及高效的現(xiàn)場操作。AUT系統(tǒng)的操作人員經(jīng)過短時培訓(xùn)，即可操作PWZ V4.0軟件。

PipeWIZARD V4軟件基于Tomoview平臺。在軟件開發(fā)完善的過程中，這個Tomoview軟件經(jīng)常被用作參考。這也意味著即使在工作現(xiàn)場，軟件升級也很容易完成。

設(shè)置的自動創(chuàng)建

操作人員可以離線創(chuàng)建設(shè)置，即不在儀器中創(chuàng)建設(shè)置。幾分鐘之內(nèi)，設(shè)置文件可以被保存并通過郵件發(fā)送到任何工作現(xiàn)場，隨后現(xiàn)場的操作人員只需對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

設(shè)置不僅包括標(biāo)準(zhǔn)的帶狀圖通道和單聚焦法則B掃描視圖（TOFD、焊縫體積和焊根成像），還新添了扇形和線性掃查通道。這個新性能具有改進(jìn)缺陷探測和定量的潛力，極有可能使探測和定量效果大大*分區(qū)規(guī)范的要求。

校準(zhǔn)和檢測

在進(jìn)行序列檢測過程中，會實時顯示所采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)文件名稱會自動遞增。

PipeWIZARD V4軟件在使用TomoScan FOCUS LT采集單元時，與使用以前的采集單元相比，提高了數(shù)據(jù)處理量（4 MB/s比0.7 MB/s）。這樣不僅可以采集經(jīng)過壓縮的A掃描的完整數(shù)據(jù)，還可以在掃查速度達(dá)到100 mm/s時，同時運(yùn)行多個設(shè)置。

快速、詳細(xì)的分析

PipeWIZARD軟件可以在10個分開的布局中提供幾乎數(shù)量無限的通道。這個軟件通過顯示焊縫剖面上的缺陷及其周邊位置，自動判讀數(shù)據(jù)。

有很多可以幫助操作人員定量及定位缺陷指示的分析工具：

• 帶狀圖中的雙閘門
• 扇形掃查和線性掃查的焊縫覆蓋（見下圖）
• 放大功能
• 視圖鏈接
• 自定義視圖
• 自動測量
• 缺陷指示的積累測量
• C掃描融合功能
• 可自行定制的彩色調(diào)色板

自動生成報告

PipeWIZARD軟件具有自動生成報告的功能。報告內(nèi)容可以自行定義，可包括項目名稱、掃查日期和時間、焊縫ID、操作員姓名、完整的掃查視圖、帶有檢測區(qū)域信息的焊縫坡口圖形，以及帶有識別碼、長度、高度、焊縫中位置、焊縫狀態(tài)及操作員注釋等信息的缺陷報表。

簡單的數(shù)據(jù)存儲

所有數(shù)據(jù)文件可以被存儲在任何外置硬驅(qū)動存儲裝置中，或在CD/DVD盤上歸檔，以備日后參考?？梢宰詣隅R像備份數(shù)據(jù)的功能增加了數(shù)據(jù)的安全性能。通過互聯(lián)網(wǎng)可以方便地將數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)狡渌胤健?/p>

PipeWIZARD VIEWER

PipeWIZARD VIEWER是一個用于觀察相控陣和超聲數(shù)據(jù)的免費軟件。這個軟件具有加載由PipeWIZARD V4軟件生成的數(shù)據(jù)文件的性能。這個軟件對于需要回顧掃查的第三方或終用戶非常有用。PipeWIZARD VIEWER軟件可基于帶有SP2的Microsoft Windows XP Pro、Microsoft Windows Vista及Microsoft Windows 7運(yùn)行。

高級應(yīng)用

PipeWIZARD系統(tǒng)用途廣泛，可以用于檢測特殊焊縫結(jié)構(gòu)以及其他應(yīng)用。

包層管道：PipeWIZARD軟件通過其縱波功能及其他高級性能，利用特殊的檢測技術(shù)，可對包層管道進(jìn)行檢測。

無縫管道：PipeWIZARD軟件利用一項已開發(fā)并得到認(rèn)可的*檢測技術(shù)，可對各種壁厚管道的焊縫進(jìn)行檢測。

厚壁管道：PipeWIZARD系統(tǒng)利用不同的探頭、楔塊，通過極小的機(jī)械修正，可以檢測厚壁管道的焊縫。