海洋鋼結構焊縫高溫下超聲波探傷研究范文

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摘要：分析了海洋平臺導管架安裝過程中涉及的鋼樁焊縫在高溫狀態下的超聲波檢驗性能，通過實驗總結出現場檢驗用的補償措施。

關鍵詞：海洋平臺；高溫；超聲波檢測

海洋平臺導管架安裝一般有單根鋼樁和多個鋼樁（即裙樁）固定兩種方式，受預制、船舶運輸和打樁條件等因素的制約，一根鋼樁往往分成3～4段制作，每段長約40m左右。海上安裝時需要逐一分段接樁后再進行打樁作業，而打樁作業最忌諱的便是中間停錘，停錘時間越長風險越大，最直接的表現為地層拒錘。由此接樁作業的時間便顯得尤為重要，而焊縫超聲波檢驗作為接樁作業的最后一環也是最重要一環，關注度可想而知。本文根據作業需要，分析了高溫狀態下超聲波檢測的技術特點，綜合考慮高溫狀態下超聲波的傳播速度、路徑和衰減對超聲波檢測定位定量的影響，通過試驗最終形成一套方便檢驗人員現場應用的補償措施。

1技術難點

目前，傳統的手工超聲波檢驗都是在常溫條件下進行。而要將其用于高溫狀態下的鋼樁焊縫檢測，就必須考慮高溫狀態下現用的超聲波探頭和耦合劑是否滿足需求，以及由于焊接母材金屬結構、介質密度發生變化引起的超聲波的衰減系數、傳播速度和折射角度的變化。

2實驗準備

2．1超聲波設備與探頭

超聲波探傷儀選用GEUSMGo，dB步進最小為0．2dB。考慮到檢驗時工件溫度高于室溫，選用德國KK超聲波探頭MWB70－4、MWB60－4、MWB45－4和MB4S，這類探頭工作溫度為－20℃～60℃，瞬時工作溫度（約5s左右）最高可達150℃。

2．2耦合劑

區別于常溫檢測，高溫狀態下常用的水、甘油和化學漿糊已經不能滿足耦合要求，本研究選用了燃點在200℃左右、價格較經濟實惠的機油。

2．3高低溫實驗箱

為了滿足試驗需求，筆者使用具有保溫功能的站立式高低溫實驗箱，詳細參數如下：溫度范圍－20～150℃，在該溫度范圍內隨意調換溫度值，并能保持設定溫度值在試驗時間內不變；溫度波動度±0．5℃；溫度均勻度±2℃；溫度速率0．7℃／min～1℃／min。

2．4工件及試塊

海洋結構導管架鋼樁的材質為普通低碳鋼，厚度為50mm，焊縫形式有環縫和縱縫兩種形式。對比試塊選用API標準規范推薦的T50．8mmA級對比試塊，標準試塊采用IIW試塊。

3試驗實施

考慮到作業現場實際應用情況，本研究將試驗溫度選定在20℃～80℃范圍。3．1工件焊后溫度、聲速特性變化規律根據反射、折射定律如下：CL1sinα＝CS2sinβ＝CS2′sinβ′（1）式中α—探頭入射角；β—室溫20℃斜探頭折射角；β′—某一溫度時斜探頭折射角；CL1—有機玻璃中縱波聲速；CS2—常溫時鋼中橫波聲速；CS2′—某一溫度時鋼中橫波聲速。因此：CS2′＝CS2（sinβ′／sinβ）＝CS2（sin（arcos（d／S））／sinβ）（2）式中S—設備測出的聲程；d—橫通孔深度。 3．2不同溫度下回波dB值變化規律常溫（20℃）條件下用60°橫波斜探頭一次直射波掃描對比試塊1．6mm橫通孔，將最高波調整至80％后記下靈敏度dB值。然后用高低溫實驗箱將試塊加熱到80℃再使其自然冷卻，用同樣的方法測得冷卻過程中的靈敏度dB值。

4結論

（1）普通低碳鋼在高溫狀態下超聲波探傷時不同溫度條件下聲速和橫波折射角都是不一樣的，其中40℃以下聲速和折射角變化不大，超過40℃時折射角和聲速會隨溫度的升高逐漸增大，在檢驗過程中要根據工件溫度適當的調節設備對應參數。

（2）不同溫度條件下超聲波衰減有所變化，以海洋平臺常用厚度為50mm的鋼樁為例，隨著溫度的逐漸升高，靈敏度補償會隨之增加，80℃時焊縫靈敏度補償比常溫狀態高出2．2dB。

參考文獻：

［1］關衛和，王樂勤，閻長周，等．壓力容器與管道高溫超聲檢測中的衰減［J］．壓力容器，2004，21（5）：12－14．

［2］中國船級社．超聲波檢測技術（Ⅱ級）．北京：人民交通出版社.2010.

作者:賈劉仁 單位:海洋石油工程股份有限公司