海洋平臺TMCP鋼焊縫檢測的超聲波儀器校準(zhǔn)

王 猛，閆留青

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

海洋平臺TMCP鋼焊縫檢測的超聲波儀器校準(zhǔn)

王 猛，閆留青

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

由于特殊的熱軋工藝，TMCP鋼的軋制方向與非軋制方向在聲速和衰減方面有較大的差異。與普通鋼材相比，TMCP鋼焊縫的超聲波檢測需要更復(fù)雜的工序。超聲波儀器的校準(zhǔn)準(zhǔn)確與否,對缺陷定位和缺陷定量有著重要作用。從TMCP對比試塊的制備入手, 采用結(jié)合使用對比試塊和標(biāo)準(zhǔn)試塊IIW的方式對超聲波儀器進行聲速等參數(shù)的校準(zhǔn)，并制作相應(yīng)的DAC曲線，最后通過人工缺陷試驗件對儀器校準(zhǔn)準(zhǔn)確性進行了對比驗證。驗證結(jié)果表明，該校準(zhǔn)方法能對缺陷進行準(zhǔn)確可靠地定位定量。

海洋平臺；TMCP鋼；超聲波儀器校準(zhǔn)；DAC曲線；TMCP對比試塊

TMCP鋼具有高強度、高韌性和良好的焊接性能等特點，在海洋石油平臺結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)API RP 2XRecommendedPracticeforUltrasonicandMagneticExaminationofOffshoreStructuralFabricationandGuidelinesforQualificationofTechnicians進行檢測時，TMCP鋼中的橫波聲速與通常校準(zhǔn)儀器時所用的標(biāo)準(zhǔn)試塊(如IIW,IOW等)的聲速差別很大。這種差別體現(xiàn)在TMCP鋼的不同方向上(沿軋制方向L和沿垂直軋制方向T等)的聲速不一樣，即TMCP鋼具有各向異性。鑒于TMCP鋼具有各向異性，橫波的衰減也會因方向的不同而出現(xiàn)很大的差異[1]。

針對TMCP鋼聲速和聲波衰減各向異性的特點,只有超聲波儀器的聲速等相關(guān)參數(shù)和被檢工件中的參數(shù)相一致，缺陷的定位定量才可能是準(zhǔn)確可靠的。在應(yīng)用API RP 2X標(biāo)準(zhǔn)對TMCP鋼焊縫進行檢測時，要求制作相應(yīng)的對比試塊。筆者從TMCP對比試塊的制備入手,通過對比試塊和標(biāo)準(zhǔn)試塊IIW結(jié)合使用的方式對超聲波儀器進行聲速等參數(shù)的校準(zhǔn)，并制作相應(yīng)的DAC曲線，最后通過人工缺陷試驗件對儀器校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性進行了對比驗證。

1 TMCP對比試塊的制備

根據(jù)工程現(xiàn)場TMCP鋼的焊接情況，制作與軋制方向相對應(yīng)的對比試塊。例如，渤海某油田的單點系泊基座內(nèi)塔筒由TMCP鋼焊接而成,其塔筒的所有縱縫和環(huán)縫的排版是一定的：縱向焊縫掃查方向為垂直于鋼材軋制方向，環(huán)向焊縫掃查面為平行于鋼材軋制方向。所以，只需做軋制方向L和垂直軋制方向T 兩個方向的TMCP對比試塊即可。針對海洋平臺工程中超聲波驗收標(biāo)準(zhǔn)使用API RP 2XA級標(biāo)準(zhǔn)，試塊制作依據(jù)API RP 2X第7.10.1節(jié)的推薦要求進行設(shè)計，TMCP對比試塊尺寸圖樣如圖1所示。

圖1 TMCP對比試塊尺寸

2 儀器校準(zhǔn)和DAC曲線制作

2.1 用IIW標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)探頭延時t0和入射點

IIW試塊校準(zhǔn)探頭延時t0和入射點的示意如圖2所示，根據(jù)API RP 2X第7.5.3.4節(jié)的作法，在IIW標(biāo)準(zhǔn)試塊上用R100的圓弧進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)超聲波在探頭楔塊里的傳播時間，即探頭延時t0，同時讀取探頭前沿值L1。

圖2 IIW試塊校準(zhǔn)探頭延時t0和入射點

2.2 用TMCP對比試塊校準(zhǔn)探頭聲波進入工件的入射角

圖3 TCMP試塊校準(zhǔn)探頭入射角示意

TMCP試塊校準(zhǔn)探頭入射角的示意如圖3所示，探頭在TMCP試塊上找到小孔的最高回波，量取探頭前端到試塊邊沿的距離L測，孔到試塊邊沿的距離L孔-前端和D孔。則由下式可得出探頭進入工件的入射角為：

(1)

2.3 校準(zhǔn)聲速

先將超聲波探傷儀上的探頭角度調(diào)整為βTMCP，保持探頭不動，進而調(diào)節(jié)超聲波探傷儀的聲速，使超聲波探傷儀深度指示為D孔。探頭在該方向的TMCP鋼中的聲速校準(zhǔn)完畢，可進行下一步DAC曲線制作。

2.4 制作DAC曲線

DAC曲線制作如圖4所示，使用TMCP對比試塊，根據(jù)API RP 2X標(biāo)準(zhǔn)第7.9.3節(jié)進行DAC曲線的制作。

圖4 DAC曲線制作示意

重復(fù)第2.1～2.4節(jié)的步驟，分別在T和L兩個對比試塊上校準(zhǔn)45°，60°和70°探頭，并制作相應(yīng)的DAC曲線。

3 儀器校準(zhǔn)準(zhǔn)確性驗證

為驗證儀器校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，在工程現(xiàn)場取TMCP鋼，分別制作軋制方向L和垂直軋制方向T的兩個焊接試驗件，并分別在不同深度預(yù)埋人工缺陷。試件上人工缺陷的預(yù)埋位置如圖5所示。

圖5 試驗件上人工缺陷預(yù)埋位置示意

根據(jù)鋼材相應(yīng)的軋制方向，選用相應(yīng)的DAC曲線對兩個試驗件分別進行檢測。檢測結(jié)果如表1所示。從表1可看出，深度最大偏差為0.2 mm。檢測結(jié)果與實際深度相同，說明該方法能夠?qū)θ毕葸M行準(zhǔn)確定位。

表1 試驗件缺陷的實際深度和檢測深度的偏差 mm

4 結(jié)語

由于TMCP鋼各向異性的聲學(xué)特征，針對鋼材不同的軋制方向，制作相對應(yīng)的TMCP對比試塊，用TMCP對比試塊結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)試塊進行儀器的校準(zhǔn)和DAC曲線的制作。由于TMCP對比試塊和現(xiàn)場待檢工件是一致的，所以，校準(zhǔn)后的超聲波儀器相關(guān)參數(shù)和現(xiàn)場待檢工件的相關(guān)參數(shù)是一致的。表明該超聲波儀器校準(zhǔn)方法，能準(zhǔn)確可靠地對缺陷進行定位定量，對確保TMCP鋼焊縫的質(zhì)量有著重要意義。

[1] 尹潤朋,王賀.TMCP鋼中聲速與折射角的修正[J].無損檢測,2012,34(8):48-50.

Calibration of UT Instrument for TMCP Steel Weld of Offshore Platform

WANG Meng, YAN Liuqing

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd.,Tianjin 300452, China)

Due to the special hot rolling process, the respective sound wave velocity and attenuation in the rolling and non rolling directions of TMCP steel is quite different. Compared with ordinary steel, ultrasonic testing of TMCP steel weld needs more complex processes. The calibration accuracy of the ultrasonic instrument plays an important role for locating defects and quantitatively evaluating defects. Starting from the calibration block of TMCP test and carrying on the calibration of velocity and other parameters by the combined use of contrast test block and standard test block of type IIW, corresponding DAC curves were made. Finally, the accuracy of the instrument calibration was verified through the test of artificial defects. The verification results show that the calibration method can perform accurate and reliable localization and quantification of defects.

offshore platform; TMCP steel; calibration of UT instrument; DAC curve; TMCP reference block

2016-11-24

王 猛(1977-)，男，工程師，本科，主要從事海洋石油工程無損檢測工作

王 猛, mengwang@mail.cooec.com.cn

10.11973/wsjc201708010

TG115.28

A

1000-6656(2017)08-0041-02