您當(dāng)前的位置：檢測(cè)資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2018-06-22 17:18
在海洋工程項(xiàng)目中，大部分結(jié)構(gòu)都是熔化焊縫連接結(jié)構(gòu)。對(duì)結(jié)構(gòu)焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行超聲檢測(cè)，是最經(jīng)濟(jì)且結(jié)果可靠性高的質(zhì)量控制手段，但檢驗(yàn)工作量也非常大。一個(gè)常規(guī)項(xiàng)目的焊縫檢驗(yàn)長(zhǎng)度可以達(dá)到10~20km。
海洋工程項(xiàng)目的服役地點(diǎn)在海上，工況復(fù)雜惡劣，對(duì)海上結(jié)構(gòu)體的質(zhì)量提出了很高的要求。在巨大檢驗(yàn)工作量的壓力下，只有保證檢驗(yàn)過(guò)程以及缺陷驗(yàn)收部分均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，才能確保超聲檢測(cè)的準(zhǔn)確性，保證結(jié)構(gòu)體的安全。
海洋工程項(xiàng)目常用的超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)包括AWS D1.1-2015《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》，API RP 2X-2004《海上結(jié)構(gòu)制造超聲檢測(cè)和磁粉檢測(cè)推薦做法及無(wú)損檢測(cè)人員技術(shù)資格鑒定指南》，ASTM E164-2004《焊接件接觸式超聲檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法》，一般都是依據(jù)缺陷的回波高度和長(zhǎng)度進(jìn)行驗(yàn)收的。但由于部分項(xiàng)目的特殊性，缺陷在焊縫厚度方向的尺寸即缺陷高度也會(huì)作為驗(yàn)收的準(zhǔn)則。
那么，這些標(biāo)準(zhǔn)是否對(duì)缺陷高度測(cè)量及具體實(shí)施方法做出規(guī)定了呢？實(shí)際檢測(cè)中又應(yīng)該如何去做呢？讓我們好好來(lái)分析一下。
API RP 2X-2004
中的缺陷高度測(cè)量法
API RP 2X是海上鋼結(jié)構(gòu)超聲檢測(cè)和磁粉檢測(cè)的推薦作法，其中推薦的缺陷高度測(cè)量方法有三種：幅度比較法、聲束邊界交叉法和最大幅度法。
01
幅度比較法
該方法是將探測(cè)到的缺陷回波與對(duì)比試塊中的人工反射體的回波進(jìn)行比較從而獲得缺陷高度值的。如二者反射回波高度相同且聲程相同，則認(rèn)為與聲束交叉的兩個(gè)反射體的高度是相同的。
在實(shí)際檢測(cè)工作中，幾乎不可能保證焊縫中的缺陷和人工反射體的聲程相同；為方便操作，必須使用不同深度的人工反射體制作DAC(距離-波幅)曲線，將缺陷回波與DAC曲線高度進(jìn)行比較，如果回波高于曲線，說(shuō)明缺陷高度大于人工反射體高度。
由于該方法缺陷高度是通過(guò)跟人工反射體比較得出的，因此，如果要得到更精確的高度，需要制備一系列不同高度的人工反射體，也需要制作一系列對(duì)應(yīng)的DAC曲線，也要求參考反射體的形狀必須與所預(yù)計(jì)的缺陷形狀類似。
對(duì)于焊縫內(nèi)部缺陷，一般選用側(cè)鉆孔進(jìn)行DAC曲線的制作，對(duì)于單面焊根部未焊透缺陷，一般選用表面方形槽進(jìn)行DAC曲線的制作。
DAC曲線參考試塊尺寸
02
聲束邊界交叉法
該方法首先采用20dB法測(cè)定出聲束的邊界，找到缺陷的最高回波后，將回波調(diào)至基準(zhǔn)高度(如屏幕高度的80％)；然后將儀器增益提高20dB，向前移動(dòng)探頭直到回波降低到基準(zhǔn)高度；此時(shí)，聲束邊界的底部邊緣就與反射體的頂部邊緣交叉；以同樣的方法向后移動(dòng)探頭，分別記錄對(duì)應(yīng)的聲程和探頭入射點(diǎn)到缺陷的距離，通過(guò)1∶1作圖獲取缺陷高度。
該方法比較繁瑣，且作圖準(zhǔn)確性會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定影響，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)用不方便。為此，海洋石油工程股份有限公司的甘志云和他的同事們總結(jié)了一種更簡(jiǎn)便的方法：
首先采用20dB法測(cè)出探頭的聲束邊界，得到聲束邊界的實(shí)際角度，即擴(kuò)散角(θ上，θ下)?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)探測(cè)到缺陷時(shí)，先找到最高波并調(diào)至基準(zhǔn)波高，將增益提高20dB，探頭角度分別調(diào)整至θ下，θ上；探頭分別向前和往后移動(dòng)，直至回波降低到基準(zhǔn)波高；分別記錄儀器上的深度讀數(shù)，二者之差即為缺陷高度。
改進(jìn)的聲束邊界交叉法操作步驟
方法簡(jiǎn)化后，省略了1∶1作圖的繁瑣步驟，使其更適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。但需要注意的是，該方法適用于壁厚19mm及以上的焊縫，且只適用于一次波檢測(cè)，對(duì)于單面焊根部未焊透缺陷，也不適合。
03
最大波幅法
該方法就是利用大部分的超聲束能量，以非常窄的波段集中在聲束中心附近，以此特性來(lái)探測(cè)反射體邊緣。
首先找到最大反射回波，向前移動(dòng)探頭直到回波信號(hào)開始下降，以測(cè)定反射體頂部邊緣；向后移動(dòng)探頭直到回波信號(hào)開始下降，以測(cè)定反射體底部邊緣。分別記錄此兩個(gè)位置處的回波聲程，如下圖所示，利用公式計(jì)算即可得到缺陷高度。
E＝cosC×(B－A)
式中：E為缺陷高度；C為標(biāo)稱角度或測(cè)量角度；B為反射體底部邊緣處顯示的回波聲程；A為反射體頂部邊緣處顯示的回波聲程。
最大波幅法的檢測(cè)操作示意
該方法操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但一方面要求探頭指向性能好，能產(chǎn)生明顯的中心聲束；另一方面要求反射體高度明顯大于中心聲束的寬度。如果不能滿足這兩個(gè)條件，產(chǎn)生的誤差會(huì)很大。同時(shí)，該方法也不適用于單面焊根部未焊透的缺陷。
○
○
ASTM E164
中的缺陷高度測(cè)量法
該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量缺陷高度的敘述如下：反射體高度最小尺寸為3.2mm時(shí)，找到缺陷最高回波后，將探頭分別向前后移動(dòng)；回波降低50％后，分別記錄該位置處的回波聲程；得到二者聲程差ΔS；缺陷高度E＝ΔS×cosβ（β為探頭折射角）。
ASME E164標(biāo)準(zhǔn)中的缺陷高度測(cè)量方法示意
需要注意的是，該方法適用于缺陷尺寸大于聲束寬度的情況，否則得到的結(jié)果會(huì)有較大誤差。
○
○
AWS D1.1
中的缺陷高度測(cè)量法
該標(biāo)準(zhǔn)的做法跟最大幅度法類似，具體是找到缺陷最高回波后，分別向前后移動(dòng)探頭，回波急劇下降并繼續(xù)向基準(zhǔn)線移動(dòng)時(shí)，記錄儀器時(shí)基線數(shù)值，二者差值即為缺陷高度尺寸。
AWS D1.1標(biāo)準(zhǔn)中的缺陷高度測(cè)量方法示意
（圖中80指屏幕高度的80%）
該方法可以這樣理解，向前后移動(dòng)探頭，回波急劇下降時(shí)讀取儀器深度，二者之差即為缺陷高度。
○
○
試驗(yàn)及分析
以上常見方法從理論上可以看出，部分方法比較繁瑣，部分方法在實(shí)際操作中可把握性不強(qiáng)。為了分析各方法的準(zhǔn)確性，讓我們通過(guò)試驗(yàn)來(lái)分析一下。
試驗(yàn)試塊是自制的含一系列人工反射體的側(cè)鉆孔試塊。
含系列人工反射體的側(cè)鉆孔試塊幾何尺寸
（除非另有標(biāo)注，圖中所有孔的長(zhǎng)度為15mm，所有孔距端頭的距離為40mm）
試驗(yàn)采用60°橫波探頭，利用以上介紹的各種方法進(jìn)行各個(gè)側(cè)鉆孔高度的測(cè)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：
通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出：
聲束邊界交叉法(20dB法)與ASTM E164中做法(此處簡(jiǎn)稱6dB法)的測(cè)量精度比較接近，測(cè)量的誤差相對(duì)較小。
最大波幅法與AWS D1.1中做法相比，二者操作過(guò)程相同，所以測(cè)量精度也非常接近，而且由于反射面是圓柱面，探頭向前后移動(dòng)時(shí)，回波降低很快，而這兩種方法都要求回波從峰值下降即記錄探頭位置，從而測(cè)量誤差比較大，精度很低，基本不能真實(shí)反映反射體大小。
對(duì)于幅度比較法，此次試驗(yàn)利用參考反射體分別制作DAC曲線，再將各孔徑反射體回波分別與各DAC曲線進(jìn)行比較，比較結(jié)果如下：
可以看出，測(cè)量的結(jié)果與理論基本一致。
結(jié) 論
2 如果需要測(cè)定單面焊的根部缺陷，如根部未焊透，則只能采用幅度比較法，通過(guò)加工不同高度的方形槽，制作DAC曲線來(lái)進(jìn)行缺陷高度的比較。
3 如果不要求測(cè)定缺陷具體高度，比如API RP 2X C級(jí)檢驗(yàn)中，只要求測(cè)定缺陷高度是否高于1.6，3.2，6.4mm，此時(shí)采用幅度比較法即可。即只需要使用高度為1.6，3.2，6.4mm的反射體制作DAC曲線，將焊縫中缺陷回波高度與DAC曲線進(jìn)行比較，該方法可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且操作簡(jiǎn)單，誤差較小。
來(lái)源：無(wú)損檢測(cè)NDT
關(guān)于我們 聯(lián)系我們 營(yíng)業(yè)執(zhí)照 全國(guó)服務(wù)電話：400-818-0021 嘉峪檢測(cè)版權(quán)所有 備案號(hào)：京ICP備14047019號(hào)-2 
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
