閆留青

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300452)

海洋石油平臺(tái)在建造過程中會(huì)使用大量桿弦拉筋和隔水套管等桿件，此種結(jié)構(gòu)中所涉及的環(huán)焊縫往往要求使用規(guī)范API RP 2X進(jìn)行100%的超聲檢測(cè)，以確定焊縫中有無缺陷。拉筋和隔水套管預(yù)制焊縫超聲檢測(cè)長度在整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的占比較大，約占平臺(tái)超聲檢測(cè)長度的1/5。由于拉筋和隔水套管的管徑較小(大部分管徑不大于914 mm)，桿件長度比較長(一般大于10 m)。這種類型的環(huán)焊縫焊接只能采用單面焊接的形式，先用氣體保護(hù)焊或手工電弧焊進(jìn)行根部打底，然后采用埋弧焊接的方法進(jìn)行填充和蓋面。

由于規(guī)范API SPEC 2B所允許的徑向偏差(最大9.5 mm)和不圓度(最大12.7 mm)較大的特點(diǎn),因此由錯(cuò)邊引起的根部超聲反射回波十分復(fù)雜。筆者詳細(xì)分析了由錯(cuò)邊引起的根部超聲反射回波的幾種常見類型。

1 錯(cuò)邊引起的根部超聲反射回波的幾種常見類型

錯(cuò)邊主要由管徑不圓或焊縫兩側(cè)母材壁厚不相等引起，對(duì)于厚壁管，規(guī)范允許的不圓度的值比較大，進(jìn)而會(huì)影響焊接管道的質(zhì)量。在這種情況下, 管道焊接接頭錯(cuò)邊的現(xiàn)象就有可能發(fā)生。

由于環(huán)焊縫錯(cuò)邊的嚴(yán)重程度是沿圓周變化的，因此錯(cuò)邊引起的根部輪廓也是變化的。當(dāng)橫波聲束入射到根部焊縫下表面時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生變型波，當(dāng)變型波被儀器接收到時(shí)，有可能被誤判為缺陷。筆者總結(jié)了幾種常見的錯(cuò)邊情形，并對(duì)其超聲反射回波進(jìn)行了分析。

1.1 正常錯(cuò)邊

正常錯(cuò)邊檢測(cè)方法如圖1所示，在檢測(cè)過程中, 錯(cuò)邊內(nèi)表面低的一側(cè)根部反射波幅比較高, 另一側(cè)反射波幅有明顯的不同或沒有反射波，水平距離x1和x2的定位點(diǎn)相互交叉, 反射波在顯示屏出現(xiàn)位置偏向焊縫中心線對(duì)側(cè)。另外，反射波的波峰上有小峰, 探頭左右移動(dòng)時(shí)波幅的高度變化不大。包絡(luò)波形范圍較寬, 波形比較單一。

圖1 正常錯(cuò)邊檢測(cè)方法

1.2 錯(cuò)邊輪廓變型波

變型波的產(chǎn)生原理如圖2所示，當(dāng)橫波聲束入射到根部焊縫下表面，且根部焊縫下表面的形狀使as小于鋼的第三臨界角33.2°時(shí)[1]，焊縫中既會(huì)出現(xiàn)反射橫波S′, 又會(huì)出現(xiàn)變型反射縱波L′。

圖2 變型波的產(chǎn)生原理示意

在錯(cuò)邊根部余高部位產(chǎn)生變型的縱波，大多數(shù)情況下并不能被儀器接收，只有當(dāng)變型后的縱波能夠原路返回根部余高部位，再經(jīng)過一次波型轉(zhuǎn)換后，變型的橫波沿原路徑返回，才能被儀器接收。變型縱波顯示如圖3所示。

圖3 變型縱波顯示

1.3 直角頓邊單邊未熔合

直角頓邊單邊未熔合檢測(cè)方法如圖4所示,對(duì)于有直角端角的情形，應(yīng)該避免用60°探頭去評(píng)判。用45°的探頭最好，靈敏度比較高。但有時(shí)焊縫蓋面比較寬，影響了45°探頭的使用，這時(shí)可以用70°探頭替代。

圖4 直角頓邊單邊未熔合檢測(cè)方法示意

直角頓邊單邊未熔合的檢測(cè)方法為：焊縫一側(cè)的波形單一, 反射波幅大, 探頭平移時(shí), 波形較穩(wěn)定, 反射波動(dòng)態(tài)包絡(luò)面大且比較規(guī)范，轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)探頭時(shí), 波形消失較快,深度定位等于母材厚度，具有端角反射的特征；在焊縫另一側(cè)有反射波顯示, 其水平x2定位位置過中心線偏對(duì)側(cè)，深度定位略小于母材厚度,在根部一次波出現(xiàn)的位置偏左一些。

1.4 非直角頓邊單邊未熔合

當(dāng)根部頓邊不是按直角加工時(shí)，根部頓邊未熔合產(chǎn)生的反射面就不會(huì)有端角反射，但頓邊坡口面不和探頭聲束垂直，造成定位偏差。

圖5 非直角頓邊單邊未熔合引起的定位誤判示意

非直角頓邊單邊未熔合引起的定位誤判如圖5所示，頓邊與母材內(nèi)表面的夾角θ=77°，用標(biāo)稱角度為70°的探頭進(jìn)行根部掃查，此時(shí)既沒有端角反射，也沒有主聲束為70°的反射波，這時(shí)70°探頭產(chǎn)生的上擴(kuò)散某角度聲束反而與頓邊坡口面垂直，顯示波幅較高。當(dāng)此時(shí)的缺陷定位仍用70°計(jì)算時(shí)，就會(huì)造成定位偏差，把原本根部的不連續(xù)給錯(cuò)誤定位在焊縫非根部區(qū)域，從而造成不連續(xù)的定位誤判。

2 錯(cuò)邊焊縫的超聲檢測(cè)注意事項(xiàng)

通過上述分析，對(duì)于錯(cuò)邊焊縫的超聲檢測(cè)應(yīng)該做好以下幾點(diǎn)。

(1) 在焊接前，應(yīng)了解焊縫組對(duì)情況，在錯(cuò)邊嚴(yán)重區(qū)域做好相關(guān)記錄(如：錯(cuò)邊大小，根部間隙，根部頓邊角度等參數(shù))，為后續(xù)的波形分析提供參考依據(jù)。

(2) 對(duì)超聲檢測(cè)過程中的錯(cuò)邊輪廓變型波進(jìn)行分析，可以較好地了解焊縫的根部成型情況(比如根部輪廓的走向，根部余高的大小等)， 有助于根部缺陷的辨別。

(3) 對(duì)于直角頓邊坡口焊縫的根部檢測(cè)，可以用45°或70°角度探頭掃查焊縫根部，通過觀察有無端角反射波進(jìn)行缺陷的辨別。

(4) 對(duì)于非直角頓邊坡口焊縫的根部檢驗(yàn)，可能不會(huì)有端角反射現(xiàn)象，但要注意頓邊坡口面和探頭聲束的不垂直造成的定位偏差。

3 結(jié)語

海洋石油平臺(tái)單面焊卷管焊縫的根部超聲波回波類型十分復(fù)雜，對(duì)錯(cuò)邊引起的根部超聲反射回波進(jìn)行分析，有助于根部缺陷的辨別，對(duì)于保障海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量具有重要意義。