Q/SY
中国石油天然气集团公司企业标准
Q/SY05009—2016
油气管道焊缝应力超声检测技术规范 Specification of ultrasonic testing for oil and gas pipeline weld stress
2016-10-27发布
2017-01-01实施
中国石油天然气集团公司 发布 Q/SY 05009—2016
目 次
前言范围规范性引用文件
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术语和定义人员资格检测方法 5.1 应力的超声检测原理 5.2 温度补偿原理检测系统要求 6.1 检测系统的构成 6.2 探头 ........ 6.3 耦合剂 6.4 零应力试样 6.5 应力系数标定试样 6.6 检测系统标定 6.7 检测系统校准检测程序， 7.1 资料收集 7.2 检测条件 7.3 应力系数K标定 7.4 温度补偿系数C标定
3
4
5
i
A
零应力传播时间。标定
7.5 7.6 检测应力
7.7油气管道焊接应力扫查与应力分布成像 7.8多通道检测与远程实时在线监控 7.9确认检测结果的可信性 8油气管道焊接应力检测报告附录A（规范性附录）应力系数K的标定与检测仪器的校准方法参考文献
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* 14
1 Q/SY 05009—2016
前 言
本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起
草。
本标准由中国石油天然气集团公司标准化委员会天然气与管道专业标准化技术委员会提出并归本标准起草单位：西部管道分公司、北京理工大学、西南油气田分公司、石油管工程技术研究本标准主要起草人：闵希华、徐春广、张广齐、饶心、肖定国、李焕新、潘勤学、周世圆、宋文
口。
院。 涛、罗金恒、许光达、阙永彬、幕进良、熊庆人、黄海、李晓霜。
II Q/SY 05009—2016
油气管道焊缝应力超声检测技术规范
1范围
本标准规定了采用超声临界折射纵波检测油气管道焊缝应力的方法要求。 本标准适用于管径不小于50mm、壁厚大于2mm的油气管道（铝、铜、钢等弹性透声材料）焊
缝及其热影响区表层应力的超声检测。 2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T16923钢件的正火与退火 GB/T 25712 振动时效工艺参数选择及效果评定方法
术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 3.1
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临界折射纵波 longitudinal critically refracted wave 根据Snell定律，当超声纵波从波速较慢的介质传播到波速较快的介质当中时（例如，从有机玻
璃人射到钢中）会发生折射现象，当纵波折射角度等于90°时，折射纵波将沿第二种介质的表层传播， 即为临界折射纵波，对应的人射角称为第一临界角。 3.2
应力系数Kstress coefficient K 采用临界折射纵波检测焊接应力时，应力值的变化量与固定距离下超声波传播时间的变化量呈比
例关系，比例系数即为应力系数K。
4人员资格
实施检测的人员应取得超声无损检测IⅡI级及以上资格证书，并通过焊接应力超声临界折射纵波检测技术的专门培训。
5检测方法 5.1应力的超声检测原理
材料中的应力影响超声波传播速度，当应力方向与纵波传播方向一致时，拉伸应力使超声波传播速度变慢或传播时间T延长，压缩应力使超声波传播速度加快或传播时间1缩短，因此，在激励和接
1 Q/SY 05009—2016 收换能器间距离固定的条件下，若已知零应力。对应的超声传播时间（声楔块与被测材料中的传播时间）。和被测应力，对应的超声传播时间t，就可根据时间差按公式（1）求出被检测材料中的应力°
m0 ,=K(tr。) . (1)
式中：
——被测应力，单位为兆帕（MPa)；一已知零应力，单位为兆帕（MPa）；
。 K f -
一定义为应力系数，需针对特定的换能器间距和被测材料通过标定得到；传播时间，单位为秒（s）；一声模块与被测材料中的传播时间，单位为秒（s)。
负值应力表示压应力，正值表示拉应力；检测应力方向为超声波传播的方向。 5.2 温度补偿原理
温度变化会影响材料内超声纵波传播速度，从而影响应力的检测准确性。为了使检测结果更加准确，应对检测结果按公式（2）进行温度补偿修正。
(2)
=+C·(TT。)
+....+..+++++..+..++..++.+...+..
式中：
一修正后的应力值，单位为兆帕（MPa）；
0
C—未修正的应力值，单位为兆帕（MPa）； C一一温度补偿系数，单位为兆帕每摄氏度（MPa/C）： T 测量应力时的温度，单位为摄氏度（℃）； T。—标定时的温度，单位为摄氏度（℃)。
6检测系统要求 6.1 检测系统的构成
油气管道焊接应力超声检测系统由检测仪器、探头、应力系数标定试块、零应力声时标定试块、 耦合剂构成，如图1所示。
油气管道焊接应力超声检测仪的功能和性能应满足如下要求： a）工作频带：0.5MHz~25MHz。 b）激励电压：40V~580V。 c）接收增益：-20dB～80dB。 d）具有温度检测与补偿功能，温度传感器的检测分辨力应大于0.1℃。 e）具有超声临界折射纵波传播时间和应力值的计算功能。 f）若需进行应力扫查，需要配置含有位置编码器的扫查装置，位置测量精度应高于1%。 g）如要增大检测效率，需要有多通道切换装置或多台检测仪器，多通道切换装置应能够将超
声检测仪器的激发和接收通道切换到不同的探头，实现多通道测量，通道间隔离度应大于 40dB
h）如要进行远程实时在线监控，需要有监控软件，监控软件要满足通过以太网或局域网进行数
据传输，可以同时远程控制、监视多个仪器。 Q/SY 05009—2016
曲面应力的标定试样
超声换能器
超声收发仪
数据采集卡
零应力试样
检测仅的计算机
声概块
温度传感器
温度变送器
测量准确性校准试样
探头
检测
标定、校准
图1 应力超声无损检测系统构成
6.2 探头
探头由超声换能器与声模块构成，两个参数相同的超声换能器和声模块构成一个应力检测探头，检测标定、校准应使用同一组探头。声模块用于实现临界折射纵波发射、接收和换能器固定，模块角度应为第一临界角，按公式（3）（Snell定律）计算确定。声块的下表面要与油气管道检测部位耦合好，材料一般选择有机玻璃。
,=sin- (v,/v,) .. .
式中： 。—第一临界角，单位为度（"）；
一楔块材料中超声纵波传播速度，单位为米每秒（m/s）；被检管段中超声纵波传播速度， 单位为米每秒（m/s)。
V,
-
换能器的频率根据检测深度按表1确定，超声换能器的中心频率应在0.5MHz～25MHz范围内，相对带宽应大于20%。换能器的尺寸根据检测区域宽度W确定，两个换能器间距根据检测区域长度S 确定。
表1 换能器频率与渗透深度的关系
频率 MHz
2.5
0.5
7.5 10 15 25
1
5
钢 11.6 6 2.5 1.3 0.9 0.7 0.4 0.3
深度 铝 12.5 6.4 2.7 1.4 0.9 0.7 0.5 0.3
mm
铜 9.2 4.8 2.0 1.0 0.7 0.5 0.4 0.2
油气管道焊接应力检测区域示意图如图2所示。
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23
油气管道
检测区域
口
图2油气管道焊接应力检测区域示意图
6.3耦合剂
检测过程中要使用耦合剂，以保证在工作温度范围内探头与构件表面具有稳定可靠的声耦合。宜使用机油，也可使用甘油、浆糊或水作为耦合剂。标定、校准和检测时使用相同的耦合剂。 6.4 零应力试样 6.4.1 零应力试样
零应力试样为一块材料、曲率、壁厚与被测油气管道相同的试样，其长度L由探头两模块之间的间距来确定，应为该间距的3～4倍，宽度大于50mm，如图3所示。采用GB/T16923规定的方法对试样进行退火处理（退火过程中保证金相组织不发生变化），或通过GB/T25712规定的方法对试样进行振动时效处理，消除试样内的残余应力。通过以上方法处理后，试样内的残余应力值近似认为是零应力。
图3 零应力试样示意图
6.4.2参考零应力试样
在油气管道上选择无焊接应力区域作为参考零应力试样。 6.5 应力系数标定试样
应力系数标定试样应满足以下要求：
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