李天兵，鄭雄勝，沈 群

(1.浙江海洋大學(xué) 海洋工程裝備學(xué)院，浙江 舟山 316022；2.中交三航局舟山海洋工程有限公司，浙江 舟山 316022)

應(yīng)用于某海上風(fēng)電場(chǎng)的超大鋼管樁單樁(見圖1)的直徑為6～7.3 m，板厚為60～80 mm，單節(jié)鋼管卷制長(zhǎng)度為3 m，鋼板整板對(duì)拼焊接完后最大尺寸為80 mm×3 m×23 m，屬于長(zhǎng)厚板結(jié)構(gòu)。海上風(fēng)電場(chǎng)的超大鋼管樁采用的是正火板，板厚達(dá)到80 mm，在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生焊接裂紋，尤其是橫向裂紋[1]。因此，對(duì)于拼接組焊完成的超大鋼管樁厚板焊接接頭，檢測(cè)人員在焊接完成48 h后，必須進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。目前，對(duì)鋼管樁對(duì)接焊縫檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)方案主要是2種：1)采用超聲波檢測(cè)后再進(jìn)行磁粉檢測(cè)；2)采用TOFD(衍射時(shí)差超聲檢測(cè))技術(shù)[2-4]檢測(cè)后加上磁粉檢測(cè)。

1 無(wú)損檢測(cè)方案選擇與分析

1.1 常規(guī)超聲波檢測(cè)技術(shù)

常規(guī)超聲波檢測(cè)技術(shù)主要采用A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行手動(dòng)檢測(cè)[5-6]。檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員在超大鋼管樁厚板焊接接頭內(nèi)外2面的焊縫兩側(cè)P范圍內(nèi)(板厚T=80 mm時(shí)，P=400 mm)，換用2種角度的探頭進(jìn)行超聲波檢測(cè)，并且探頭移動(dòng)速度≤150 mm/s，探頭經(jīng)過(guò)區(qū)域有10%的覆蓋范圍(見圖2和圖3)，根據(jù)NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》對(duì)焊縫進(jìn)行評(píng)定。

常規(guī)A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)方法在超大直徑單樁基礎(chǔ)鋼管樁焊縫探傷檢測(cè)中運(yùn)用時(shí)，由于鋼管樁的鋼板厚度為60～80 mm[7]，探頭掃查距離P長(zhǎng)(板厚T=80 mm時(shí)，掃查距離P=400 mm)，需要選用2種角度(K值為K1和K2)的探頭進(jìn)行檢測(cè)，并在鋼管樁的內(nèi)外雙面雙側(cè)檢測(cè)，檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)，降低了檢測(cè)速率，對(duì)制樁進(jìn)度產(chǎn)生了較大影響，且對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)技術(shù)水平和檢測(cè)精力都有很高的要求，檢測(cè)人員長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)極易造成漏檢，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 磁粉檢測(cè)

在超聲波檢測(cè)合格后，對(duì)厚板焊縫內(nèi)外表面進(jìn)行磁粉檢測(cè)。

選用磁軛式磁粉探傷儀，對(duì)厚板焊縫及其兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行交叉磁化并在磁化時(shí)噴灑調(diào)配好的磁懸液[8]，觀察磁痕顯示(見圖4)，并按照NB/T 47013.4—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第4部分：磁粉檢測(cè)》對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。

2 TOFD檢測(cè)技術(shù)

2.1 方案路線

在海上風(fēng)電超大超重鋼管樁制作過(guò)程中，存在如下生產(chǎn)管理問(wèn)題需要解決：1)在工期緊迫的情況下，需要對(duì)厚板焊縫進(jìn)行快速的探傷檢測(cè)；2)產(chǎn)品質(zhì)量要求高，需要再對(duì)厚板焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確快速探傷檢測(cè)，確保海上風(fēng)電超大超重鋼管樁的制作質(zhì)量；3)生產(chǎn)線上質(zhì)檢人員不足，普通手工超聲波檢測(cè)儀對(duì)檢測(cè)人員專業(yè)技術(shù)水平要求較高，需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)與實(shí)操方可熟練進(jìn)行檢測(cè)。因此，常規(guī)A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)無(wú)法滿足要求。

TOFD檢測(cè)技術(shù)是一種基于衍射信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)。在TOFD檢測(cè)儀器系統(tǒng)中，配置了探頭陣列，使用機(jī)械掃描可以記錄所有檢測(cè)數(shù)據(jù)并生成直觀的圖像，檢測(cè)人員只需對(duì)焊縫檢測(cè)的圖像進(jìn)行分析就能得出結(jié)論[9-10]。

在海上風(fēng)電超大超重鋼管樁制作過(guò)程中運(yùn)用TOFD檢測(cè)技術(shù)對(duì)厚板焊縫進(jìn)行探傷檢測(cè)時(shí)采取了四通道檢測(cè)方案(見表1)。采用普通手工A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)方法對(duì)厚板焊縫的探傷檢測(cè)過(guò)程中局部檢出的缺陷進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)(見圖5和圖6)。當(dāng)采用TOFD檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行鋼管樁厚板焊縫的探傷檢測(cè)合格后，按要求進(jìn)行厚板焊縫的內(nèi)外表面磁粉檢測(cè)。鋼管樁厚板焊縫整體檢測(cè)流程如圖7所示。

表1 超大鋼管樁厚板對(duì)接焊縫TOFD檢測(cè)范圍及流程要求

2.2 TOFD檢測(cè)準(zhǔn)備工作

1)被檢工件要求：清除工件掃查區(qū)域內(nèi)影響探頭移動(dòng)和耦合的焊接飛濺、涂層和其他因素，并注明被檢工件的結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)和厚度等信息。

2)探頭的選擇：在海上風(fēng)電超大超重鋼管樁大壁厚工件的檢測(cè)中，在TOFD1通道中選擇5 MHzφ6的探頭，楔塊選擇70°(楔塊角度為超聲波主聲束與工件入射平面法線夾角)，以達(dá)到良好的檢測(cè)表面覆蓋，減小表面檢測(cè)盲區(qū)；在TOFD2通道中選擇3.5 MHzφ8的探頭，以及55°的楔塊(楔塊角度為超聲波主聲束與工件入射平面法線夾角)，保證了較深區(qū)域的聲能及分辨力的平衡(按標(biāo)準(zhǔn)推薦)。

3)探頭PCS調(diào)整：檢測(cè)前對(duì)探頭的間距PCS進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，以獲得最優(yōu)的聲束聚焦點(diǎn)。PCS計(jì)算式為

PCS=2dtgθ

式中，θ為超聲波主聲束與工件入射平面法線夾角；d為聚焦深度。

4)設(shè)置和校準(zhǔn)：這是最重要的一個(gè)步驟，決定了厚板焊縫缺陷的測(cè)量精度，在設(shè)置了探頭角度、工件厚度等參數(shù)后，在工件上無(wú)缺陷處進(jìn)行深度和編碼器的校準(zhǔn)，以保證水平和垂直線性的準(zhǔn)確性。

5)數(shù)據(jù)分析與評(píng)定：TOFD數(shù)據(jù)分析主要根據(jù)成像圖形的形狀和大小在分析軟件上進(jìn)行。進(jìn)行定量分析，根據(jù)NB/T 4013.10—2015對(duì)缺陷定量并進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，依據(jù)檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼管樁厚板焊縫缺陷進(jìn)行定性分析，以便更好地進(jìn)行鋼管樁厚板焊缺陷的返修(見圖8)。

6)相關(guān)顯示的定性分析如下。

a.基本缺陷的分析——?dú)饪?見圖9)。

b.基本缺陷的分析——小夾渣(見圖10)。

c.基本缺陷的分析——條狀?yuàn)A渣(見圖11)。

d.基本缺陷的分析——密集氣孔(見圖12)。

e.基本缺陷的分析——裂紋(見圖13)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)比A型常規(guī)超聲波檢測(cè)和TOFD檢測(cè)技術(shù)在超大鋼管樁厚板焊接接頭的檢測(cè)工藝特點(diǎn)，確定了應(yīng)用TOFD檢測(cè)技術(shù)解決超厚對(duì)接焊縫無(wú)損檢測(cè)難題的技術(shù)工藝方案。

相對(duì)于常規(guī)A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)，TOFD檢測(cè)技術(shù)因其一次能掃查的焊縫厚度深、檢測(cè)效率高、檢測(cè)結(jié)果直觀清晰、焊縫缺陷高度的定量精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到重視。值得注意的是，在針對(duì)超大超重鋼管樁的吊耳與鋼管樁樁體的熔透角焊縫等殊結(jié)構(gòu)焊縫時(shí)，必須使用常規(guī)手工超聲波檢測(cè)方法。