摘 要：海上平臺管節(jié)點(diǎn)的型式多種多樣，主要包括TKY管節(jié)點(diǎn)，其焊縫坡口形狀連續(xù)變化，焊縫截面的形狀隨著其相貫線上的位置不同不斷變化，同時無論在主管還是在支管側(cè)探傷，其探測面為曲面，并且其曲率不斷變化，這一切都對超聲波檢測帶來了諸多特殊困難。目前，T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫的探傷采用的方法是作圖法，但這種方法檢測工作繁瑣，工作量大，檢測效率低。本課題在國內(nèi)外技術(shù)調(diào)研和本單位前期TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫檢測研究的基礎(chǔ)上，提出開展管節(jié)點(diǎn)超聲波探傷專家系統(tǒng)研制課題。通過該專家系統(tǒng)研究不僅為海上平臺的安全運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的安全技術(shù)保障，也提高了海上平臺檢測效率，從而提高了整個平臺施工效率，也有利于降低平臺制造成本。

關(guān)鍵詞：KTY關(guān)節(jié)點(diǎn);超聲波;專家系統(tǒng)

1 前言

無論是海上固定式平臺還是海上移動式平臺，海洋工程結(jié)構(gòu)的型式一般都非常復(fù)雜;其中，導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)焊縫的結(jié)構(gòu)就更為復(fù)雜。這些管節(jié)點(diǎn)一般都處于若干構(gòu)件的交接處，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)力集中，往往是整體結(jié)構(gòu)中最為重要的特殊構(gòu)件。同時，管節(jié)點(diǎn)大都由具有6GR資格證的焊工通過手工焊接而成，由于施焊困難，且大多數(shù)的作業(yè)在露天和高空進(jìn)行，容易產(chǎn)生焊接缺陷，故對管節(jié)點(diǎn)焊縫的檢測意義重大，各國規(guī)范都要求對其進(jìn)行超聲波檢測。目前我國海上平臺管節(jié)點(diǎn)檢測也主要采用了超聲波檢測。當(dāng)前急需一種現(xiàn)場操作簡單、可靠穩(wěn)定、能快速對焊縫進(jìn)行評判的超聲波檢測方法，以替代目前手工作圖、計(jì)算量大、效率低、檢測結(jié)果不可靠的管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲波檢測技術(shù)，為海上平臺的安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 研究內(nèi)容

2.1知識庫建立

本課題主要研究TKY管節(jié)點(diǎn)知識庫的建立、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析與處理、系統(tǒng)軟件重點(diǎn)算法研究與實(shí)現(xiàn)和檢測結(jié)果的格式化、標(biāo)準(zhǔn)化。涉及到不同的計(jì)算時，采用適當(dāng)?shù)姆绞?，對?yīng)變量和自變量之間的關(guān)系采用函數(shù)擬合，并對函數(shù)與實(shí)測值進(jìn)行比較，選中最佳的函數(shù)，并固化到知識庫中。我們知道，在TKY管節(jié)點(diǎn)超聲波探傷中，對一個確切的焊口，其不變的量是主管外徑di、壁厚ti、支管外徑dn、壁厚tn、主支管夾角θ，而兩面角ψ和坡口角度φ是隨焊縫不同位置連續(xù)變化的，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可將此兩個參數(shù)與不同位置間建立其函數(shù)關(guān)系，即隨坐標(biāo)點(diǎn)（x y z）變化，這兩個參數(shù)是變化的，但對每一確定的坐標(biāo)點(diǎn)，其參數(shù)是確定的。也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將原來所有已知管節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況，對不同位置的參數(shù)輸入到知識庫中，供檢測時調(diào)用。檢測過程中，掃查時探頭始終是垂直相貫線，這樣探頭中心線與管道中心線的夾角不斷變化，其聲程修正系數(shù)也不斷變化，需要建立聲程修正系數(shù)與位置的函數(shù)關(guān)系，通過編程固化到計(jì)算機(jī)中去;同時由于位置不同，探頭與管道中心線夾角不同，導(dǎo)致耦合不同，故不同部位的耦合不一致，也應(yīng)建立耦合自動補(bǔ)償系統(tǒng)。在知識庫中還要建立對有用波形的自動識別和干擾波的自動排除相關(guān)程序，同時，根據(jù)里波理論，對任意位置出現(xiàn)的回波，只要輸入了其坐標(biāo)點(diǎn)位置，即可判定其是否屬于里波，對于非里波則不再做考慮，即需要通過計(jì)算機(jī)建立里波判定法則;建立缺陷判定法則。

2.2數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)庫

在普通的數(shù)字超聲波檢測儀器的基礎(chǔ)上增強(qiáng)其數(shù)據(jù)采集功能，利用慣常的做法對焊縫實(shí)施掃查，對掃查過程中的回波能自動記憶回波高度和回波至探頭的距離，對探頭點(diǎn)的位置則通過詢問的方式手動輸入，通過連續(xù)的A掃描將采集到的所有超過一定幅值的回波記錄在數(shù)據(jù)庫中;在數(shù)據(jù)庫中固化有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)，如判定等級的數(shù)據(jù)，也需要建立各種報(bào)告格式對應(yīng)的子數(shù)據(jù)庫和探傷工藝自動選擇數(shù)據(jù)庫，當(dāng)然也可將各種動態(tài)波形儲存在數(shù)據(jù)庫中供分析、處理時調(diào)用。

2.3數(shù)據(jù)分析、處理

系統(tǒng)由三大部分組成，數(shù)據(jù)采集功能增強(qiáng)的全自動數(shù)字超聲波硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)、圖像處理軟件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、焊縫檢測結(jié)果輸出系統(tǒng)。通過編制的軟件對采集的回波信號進(jìn)行分析，剔除無用信號，對相關(guān)回波進(jìn)行處理，根據(jù)判定法則（相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的合格限度）對回波進(jìn)行判定，屬于超標(biāo)缺陷的，除要判定其波幅外，還要判定其具體的位置，給出是否需要進(jìn)一步定性的信息供檢測人員參考。

2.4檢測結(jié)果

檢測結(jié)果應(yīng)能方便地生成檢測原始記錄和檢測報(bào)告，并能隨時查閱、打印、傳遞，在報(bào)告系統(tǒng)中能自動生成缺陷波所在位置的截面圖，并自動繪出回波幾何聲程圖，可以模擬出實(shí)際使用的各種角度的探頭極限位置圖，采用合適的顯示標(biāo)識出死區(qū)部位。

2.5軟件開發(fā)

選擇合適的語言開發(fā)出適合本專家系統(tǒng)的軟件，并對原有數(shù)字超聲波軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改動，增強(qiáng)其功能，使現(xiàn)場能對回波進(jìn)行初步判定和位置標(biāo)識。通過分析海上平臺管架TKY型焊接剖面構(gòu)成要素，不變量如：主管外徑di、壁厚ti、支管外徑dn、壁厚tn、主支管夾角θ等，變量如：兩面角ψ和坡口角度φ，通過對應(yīng)變量和自變量之間的關(guān)系采用函數(shù)擬合，并對函數(shù)與實(shí)測值進(jìn)行比較，選中最佳的函數(shù)，并固化到知識庫中。

3 結(jié)束語

通過具體加工各類KTY導(dǎo)管架焊接剖面試塊，結(jié)合系統(tǒng)仿真軟件CATIA對所建立的函數(shù)庫進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到了很好的匹配效果。T K Y管接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)是海洋平臺工程最重要的結(jié)構(gòu)形式，其焊縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繁瑣，焊縫中缺陷的確定難度大，是海洋結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷、使用壽命及安全性的主要影響因素。該專家系統(tǒng)主要的功能是通過在數(shù)字超聲波探傷儀中集成專家系統(tǒng)，替代目前人工作圖、計(jì)算量大、在頻繁作圖過程中容易產(chǎn)生失誤導(dǎo)致誤判或漏檢的傳統(tǒng)管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲波檢測技術(shù)，以提高缺陷檢測的效率和精確度。TKY管節(jié)點(diǎn)UT檢測專家系統(tǒng)的研究已列入國家海洋平臺安全檢測技術(shù)的重要研究項(xiàng)目，屬于優(yōu)先發(fā)展的海洋工程檢驗(yàn)、檢測的應(yīng)用技術(shù)，投入實(shí)際生產(chǎn)后，將極大的提高檢測效率，也將彌補(bǔ)國內(nèi)在實(shí)現(xiàn)TKY管節(jié)點(diǎn)UT檢測自動化、客觀化和科學(xué)化的空白，相關(guān)技術(shù)將處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

趙洪波（1979-），男，山東東營人，碩士研究生，中石化勝利海上石油工程技術(shù)檢驗(yàn)有限公司，生產(chǎn)辦主任，研究方向：無損檢測技術(shù)。