试析钢结构无损检测中的超声探伤技术应用

试析钢结构无损检测中的超声探伤技术应用

陈永刚1吴金凯2王磊3逄培榕4

（海洋石油工程股份有限公司天津塘沽区300452）

摘要：随着我国经济的发展,国家对石油的需求与日俱增.石油一直以来就是各个国家的战略资源.海洋石油工程技术的不断突破，海洋工程的数量和规模不断增加成为国家石油产量增加的动力。海洋工程对钢结构件的强度有很高的要求,其中焊缝质量是制约钢结构强度的重要因素。为有效检测海洋工程钢结构焊接的质量，超声波检测是经济有效和全面的检测方法。为此，本文中对海洋工程钢结构焊缝超声波检测进行了阐述。

关键词：海洋工程；钢结构；超声波检测

1前言

在最近几年里，在海洋石油工程中的钢结构技术质量要求逐渐增加，但是其在实际焊接时的连接方式、焊缝质量都会对钢结构工程的安全性带来直接的影响，所以加大对焊缝质量检测的力度，是当前发展的必然趋势。

2超声波探伤技术

超声波是一种能量的传递，超声波检测应用的频率范围是在2kHz至25kHz的范围之间。在理想情况下，超声波在绝对均匀的介质中会以直线的形式进行传播；而在实际情况下传播环境介质大多存在特殊情况，在这种情况下，超声波在传播的过程之中会因为两种材料的声阻抗的不同而受到一定程度的影响，在这一影响之下超声波会发生折射、反射或者衍射等现象。科学家研究出可以借助相关仪器对此类信号进行一定程度的收集与处理，再加以分析，便能够对钢铁和焊缝的缺陷情况进行判断。超声波探伤技术又可以细分为脉冲反射探伤技术与共振探伤技术，前者先是发射一段短时间的脉冲信号，然后对反射波信息进行研究与分析并在此基础之上对物体的缺陷进行判断；超声波的波长与被测物体之间的厚度存在着一定程度的关联，而共振探伤技术正是对这种关联进行运用并使两者发生一定程度的共振，通过对共振频率进行检测由此来实现对于工件缺陷的判断。

3干扰因素分析

超声波探伤检测复杂程度相对较高，往往会受到一些因素的影响，这些因素大致可以分为定位因素与定量因素。

3.1定位因素

①波束方向偏离干扰：在进行超声波探伤检测的过程之中，一般探头都有原来的角度，而如果使用过程中声束出现偏离，就会使得定位的精度受到影响，进而产生一定的误差。而出现这一情况的主要原因是探头的磨损，除此之外，目标物体的状态、材质等因素也会对其造成一定程度上的影响。②物体表面状况决定的,因为所有实际操作不是在实验室情况下进行,因此探头与钢材接触的扫查面不能保证是平面,还有飞溅,锈蚀等原因，使声波入射角度有所变化。

3.2定量因素

①性能干扰：对于超声波检测仪器而言，其内部结构复杂程度相对较高，同时超声波探伤检测又有着很高的要求，因此即使是很小的偏差也会对检测结果造成较大程度上的影响，性能干扰因素主要包含有仪器垂直线性、衰减器频率、折射角度、探头形式等。根据实际操作经验，性能干扰在仪器与探头上发生频率较高。②耦合以及衰减干扰：一般情况下，探伤检测结果会受到耦合层厚度以及耦合剂对应的超声波阻抗能力的影响。例如当检测仪器耦合状态与目标物体之间存在着一定程度的差异，那么在这种情况之下就很有可能导致定位精度的偏离。除此之外，如果目标物体的表面粗糙程度较高，就有可能出现耦合不良的情况，进而对检测质量造成一定程度上的影响。③操作人员干扰：在进行超声波探伤检测的过程之中，检测人员是最为主要的执行者，因此检测人员的操作行为将会对探伤检测的结果造成最为直接的影响。即使是在同一个操作流程之下，操作人员的差异性操作也会使检测结果出现很大的不同。针对这种情况，在实际的操作过程之中，应当事先做仪器设备的校准与调试工作，使得设备仪器能够满足检测要求，同时操作人员应该尽量提升自身的专业知识与专业技术，并在此基础之上对超声波探伤检测的检测准确度进行有效的提高。

4海洋工程钢结构焊缝超声波检测

4.1检测前的准备工作

开展超声波探测前，要对结构件的板厚、材质、焊接方法、质量要求和作业环境有所掌握，为后期的检测活动，做好准备。为有效提高检测效果的准确性，对于高强度钢材，需在完成焊接后的48小时后进行。

4.2检测系统的参数设置

为使检测结果准确，因此在开始检测前，要根据结构类型、板厚、和焊接方法，工作状态等信息，对参数进行合理的设置，选择合适的仪器和探头。一般情况下，每个检测区都应该至少使用4个探头，通过对多探头的使用，可以防止漏检，判断缺陷的类型和位置，达到提高质量的目的。目前超声波测试仪器的类型有很多，比较广泛使用的是数字便携式的测量仪器，该设备具有测量数据存储功能，对于回波数据，也可以保存，其还能对数据进行智能化的处理，将其以图形的形式显示出来。可以根据实际需要，在仪器的菜单上对材料声速、探头类型、频率和工件的厚度进行设置，在实际的测量工作中，还要根据测量环境的变化，对参数进行实时调整。

4.3传输补偿设定

因现场钢材表面粗糙状态与实验室试块不同，声波透过率有所差别，因此超声波传输特性上，具有较大的差别，为了提高检测的准确性，就需要实测试块和工件表面补偿量，补偿的设定还要求根据材料曲率、耦合剂等相关因素进行调节和控制。

4.4检测系统的校验

为充分了解探测系统是否可以正常进行工作，要对探测器的探测准确度进行校验，在实际检验前，需准备标准的检验试块，其内部缺陷特征必须是已经被探测清楚的。通过对探测结果和实际结果的比对，能够迅速发现系统是否处于正常的状态，如果不正常，则需要对探测设备，进行进一步的调整。在一些先进的探测器中，其还具有自检测功能，可以通过自检发现系统的实际工作状况，然后再采取一些自动的调整措施，最大程度地保证探测的准确性和有效性。

4.5DAC曲线制作

海洋钢结构常采用APIRP2X标准检验，对探头进行校准，IIW试块上有标准的尺寸，该尺寸比较方便完成探测和曲线制作功能。在确定直探头的位置后，需要将斜探头放置在IOW试块上，制作DAC的曲线。曲线应覆盖9/8跨距，保证2次波也能扫查整个焊缝。在探伤过程中，为了避免偶然误差的出现，还可以采用多次测量的方法。

另外，AWSD1.1也是常用的标准，对于非管材材料，分为静载验收标准和动载验收标准，不用制作DAC曲线，但是需要使用IIW1.5mm的标准孔校订标准灵敏度，考虑声程补偿后，运用公式(1)计算指示灵敏度

D=A-B-C公式(1)

D为验收分贝值

A为发现不连续绝对指示分贝值

B为IIW试块1.5mm孔绝对指示分贝值

C为传输声程补偿

C=2（S/25.4-1）

式中S=声程，单位mm，

然后在AWSD1.1表6.2和6.3查相应验收分贝，决定工件合格或者返修。

4.6横向缺陷检测灵敏度

在对钢结构的超声波检测过程中，因为超声波具有方向性，横向缺陷不能通过垂直于焊缝进行检验，为全面有效检测钢结构的不连续，对工件实施斜探头扫差检查时，需进行横向检测。在对其横向的缺陷检测过程中，需要对灵敏度进行更进一步的设置，有效提高对横向缺陷检测的灵敏度。横向扫查一般使用45度和70度扫查。

5结束语

当前海洋工程正处在大发展时期，对工程的质量从未放松。为了有效确保工程的质量，钢结构的超声波探测，应根据检测对象选择合理的探测仪器，并对探测参数进行准确的设置，在探测过程中，应该严格按照流程来进行探测，在探测结束后，需提供探测报告，保证结果准确，充分发挥超声波探测作用，以提高钢结构焊缝检测的质量。

参考文献：

[1]欧曙光，潘智杰．某工程钢结构焊缝超声波检测实例分析［J］．工程质量，2008(09):8-9．