鄭澤 孫志英 薛留軍 劉國(guó)棟 海洋石油工程股份有限公司

在海洋鋼結(jié)構(gòu)焊縫中裂縫是重要的焊接缺陷，裂紋實(shí)際延伸方向存在相應(yīng)差異，主要有橫向、縱向、輻射狀裂紋。其中橫向裂縫也能成為冷裂縫以及延遲裂紋，主要是發(fā)生在焊縫邊界位置，然后進(jìn)行延伸。在裂紋端點(diǎn)位置會(huì)產(chǎn)生尖銳度較高的缺口，應(yīng)力集中度明顯，容易不斷擴(kuò)散。當(dāng)前我國(guó)在橫向裂紋檢測(cè)中還處于發(fā)展階段，其中超聲檢測(cè)具有較高的應(yīng)用價(jià)值，能對(duì)裂紋進(jìn)行有效檢測(cè)。

1.超聲波檢測(cè)基本原理與優(yōu)點(diǎn)分析

超聲檢測(cè)就是發(fā)揮出超聲波與各個(gè)工件之間的相互作用，從透射、反射、散射波研究中，能對(duì)工件宏觀缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)，判定基本組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能變化情況等。通過(guò)超聲波對(duì)材料存在的宏觀缺陷能進(jìn)行有效探查，超聲波在材料中傳遞具有明顯特性。聲波穿過(guò)材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)損失，遇到不同介質(zhì)分界時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生反射。實(shí)際應(yīng)用原理就是在不同試件中引入激勵(lì)超聲波，超聲波在實(shí)際傳播過(guò)程中能與不同物質(zhì)之間相互作用，聲波傳遞方向與變化特征也會(huì)受到較大影響。經(jīng)過(guò)改變之后的超聲波能應(yīng)用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)其進(jìn)行有效處理與分析。

當(dāng)前各項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)較多，其中超聲波檢測(cè)方法具有諸多應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。能對(duì)金屬、非金屬以及復(fù)合材料等多種類(lèi)型材料進(jìn)行無(wú)損評(píng)價(jià)。超聲檢測(cè)具有較大的穿透力，能對(duì)厚度較高的試件缺陷進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際應(yīng)用靈敏度較高，能檢測(cè)到材料中細(xì)小的缺陷問(wèn)題。各項(xiàng)應(yīng)用設(shè)備便捷性較高，便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)環(huán)境與人體不會(huì)產(chǎn)生危害。但是超聲檢測(cè)也存在相應(yīng)局限性，比如對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜度較高的試件，在應(yīng)用超聲波檢測(cè)中會(huì)受到較大影響。材料中相應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如非均勻性以及晶粒度等對(duì)控制靈敏度會(huì)產(chǎn)生較大影響。

2.鋼結(jié)構(gòu)橫向裂紋超聲檢測(cè)應(yīng)用探析

（一）焊縫信息

母材材料是DH36船體結(jié)構(gòu)鋼，板厚度為37.5mm，填充材料為T(mén)WE-711Ni，選取FCAW焊接方式，在實(shí)際焊接過(guò)程中操作環(huán)境溫度是-2℃，選取焊接前熱處理以及擋風(fēng)措施。焊接之后在48h進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)磁粉在表面進(jìn)行檢測(cè)，獲取的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)合格。超聲檢測(cè)縱向掃查通過(guò)，但是在橫向檢查過(guò)程中顯示缺陷回波，能與橫向裂紋相對(duì)應(yīng)，所以初步判定其為橫向裂紋。

（二）檢測(cè)應(yīng)用

選用的超聲檢測(cè)儀器主要是奧林巴斯USM35型，探頭基本頻率是5MHz。在檢測(cè)之前要對(duì)應(yīng)用儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，依照AWS D1.1執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)要求，選取相應(yīng)試塊圓弧面的一次與二次回波對(duì)設(shè)備進(jìn)行聲準(zhǔn)校準(zhǔn)。確定探頭角以及儀器的基準(zhǔn)靈敏度。在AWS D1.1各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中明確提出針對(duì)橫向裂紋檢測(cè)中的不連續(xù)性，可以對(duì)焊縫進(jìn)行打磨，打磨結(jié)束之后應(yīng)用相應(yīng)的掃查方式，可以將探頭直接放置在焊縫上進(jìn)行掃查。

針對(duì)選定的焊縫可以采取磁粉檢測(cè)措施，對(duì)焊縫表面添加相應(yīng)的反差劑，然后通過(guò)磁懸液進(jìn)行磁化，未能觀察到較為明顯的缺陷。在掃超過(guò)程中可以應(yīng)用縱向與橫向掃查方式。在縱向掃查過(guò)程中，要確保探頭實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向能有效垂直于焊縫，實(shí)際掃查范圍要能包括1.5倍跨距，其中無(wú)缺陷回波以及缺陷波幅顯示不明顯。在橫向掃查中在焊縫上部放置探頭，要促使探頭方向能與焊縫有效平行。在全面掃查過(guò)程中能看出波形尖銳度與波幅較高，存在缺陷回波。通過(guò)對(duì)探頭進(jìn)行移動(dòng)能觀測(cè)到缺陷回波存在，其中有相鄰的波形顯示，由此能判斷裂紋實(shí)際排列位置密集度較高，對(duì)儀器讀取數(shù)據(jù)可知缺陷深度在7至15mm范圍內(nèi)。通過(guò)180°對(duì)探頭基本方向進(jìn)行調(diào)控，能在焊縫另外端進(jìn)行橫向檢查。再應(yīng)用相同方式對(duì)焊縫對(duì)側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在裂紋，說(shuō)明裂紋存在一定延伸性。

在驗(yàn)證過(guò)程中通過(guò)超聲檢測(cè)對(duì)可能存在缺陷的位置進(jìn)行精細(xì)化打磨處理以及電弧氣刨，實(shí)際氣刨深度控制為10mm。技術(shù)人員再對(duì)處理之后的焊縫展開(kāi)磁粉檢測(cè)，能探出裂紋清晰度較高的磁痕，確定之前超聲檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的缺陷就是橫向裂紋。

（三）裂紋修復(fù)

對(duì)材料中裂紋發(fā)生部位截取相同材質(zhì)的材料進(jìn)行技術(shù)分析以及工藝匹配性認(rèn)證，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以對(duì)焊接工藝技術(shù)進(jìn)行有效調(diào)控。通過(guò)對(duì)焊接工藝焊縫進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，對(duì)室溫進(jìn)行控制，在48h以及72h中進(jìn)行磁粉和超聲檢測(cè)。全面創(chuàng)新原有的焊接技術(shù)工藝能對(duì)現(xiàn)存的焊縫進(jìn)行有效修補(bǔ)，各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)均合格。針對(duì)焊縫中的缺陷位置采取電弧氣刨磁粉檢測(cè)能對(duì)超聲檢測(cè)精確性進(jìn)行有效驗(yàn)證，再借助橫向與縱向掃查以及波形分析能對(duì)裂縫進(jìn)行有效判定[5]。橫向掃查中如果探頭實(shí)際掃查方向中如果回波復(fù)幅度變化較大，說(shuō)明焊縫內(nèi)部裂縫與其材料表面存在角度延伸。

結(jié)語(yǔ)：總而言之，目前在焊縫橫向裂紋中應(yīng)用超聲檢測(cè)探傷具有重要價(jià)值，對(duì)于厚壁焊縫，射線檢測(cè)靈敏度較低，難以對(duì)橫向裂紋進(jìn)行判定。通過(guò)超聲波檢測(cè)方法應(yīng)用，能設(shè)定正確的參數(shù)，對(duì)掃查方式進(jìn)行控制，整合橫向裂紋靜態(tài)和動(dòng)態(tài)波形基本變化特征，從而對(duì)橫向裂紋進(jìn)行判定，此項(xiàng)措施在項(xiàng)目工程中有效實(shí)踐應(yīng)用，能精確判定橫向裂紋，有助于提升工程項(xiàng)目施工整體質(zhì)量，規(guī)范化執(zhí)行檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)能定性定量對(duì)橫向裂紋進(jìn)行判定，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)提升質(zhì)量檢驗(yàn)效率。