馬晶晶，刁海波，白明輝，王猛，楊建昌，張磊磊

（海洋石油工程股份有限公司，天津，300452）

引言

隨著復合板材料技術的提高，不銹鋼復合板材料制造的的設備越來越多[1]，金屬內(nèi)襯復合板材料壓力容器已經(jīng)廣泛用與航空航天，石油化工等領域[2]，復合板材料在制造過程中產(chǎn)生的缺陷與損傷是導致復合板材料壓力容器失效和事故的主要原因[3]，海洋平臺工程項目建造檢驗及在役檢驗中，常常遇到復合板材料壓力容器等結構焊縫進行超聲波檢測要求，由于復合板材料的存在，超聲波檢測工藝制定需要測定復合板材料對于超聲波檢測反射及透射的影響，測試時就需要采用復合板材料超聲波校準試塊，本文主要介紹不銹鋼復合板材料焊縫超聲波檢測校準試塊的設計與應用；

1 不銹鋼復合板材料焊縫的超聲波檢測

復合板材料壓力容器等結構焊縫進行超聲波檢測時，對于復合板材料基材的超聲波檢測可以按照NB/T47013.3標準的要求執(zhí)行[4]，但是由于復合板材料的存在，對基層的檢測有多大影響尚不清楚，超聲波檢測工藝制定需要測定復合板材料對于超聲波檢測反射及透射的影響，目前檢測標準中沒有相應的校準試塊進行參考，針對這種情況，本文設計一種復合板材料焊縫超聲波檢測校準試塊，可以實現(xiàn)對復合板材料焊縫超聲波檢測中復合板對超聲波反射及透射影響的測定，同時可以實現(xiàn)超聲波檢測靈敏度校準，該試塊的使用，可以提高復合板材料焊縫超聲波檢測的準確度及靈敏度校準的準確度。

2 復合板材料超聲波檢測校準試塊的設計與加工

本校準試塊設計的主要目的在于克服現(xiàn)有復合板材料焊縫超聲波檢測技術存在的缺點，設計一種復合板材料焊縫超聲波檢測校準試塊，該校準試塊由復合板材料焊接加工而成，復合板材料為碳鋼加不銹鋼材料復合而成，該復合板材料試塊中間包含一段對接焊縫，在焊縫內(nèi)部加工橫通孔，可進行焊縫內(nèi)部靈敏度校準，同時在復合板材料母材上加工橫通孔，可進行復合板材料母材超聲波靈敏度校準，對于焊縫內(nèi)部橫通孔與復合板母材橫通孔進行深度設置，使得該試塊可以測定復合板材料對于超聲波反射及透射的影響情況，通過該超聲波試塊，可以制定復合板材料焊縫超聲波檢測工藝，進行超聲波靈敏度校準，方便在工程項目中推廣使用。復合板材料焊縫校準試塊設計特點如下：

⑴設計“對接焊縫”，該復合板材料焊縫焊接要求根據(jù)項目現(xiàn)場要求進行焊接，最大程度的模擬復合板焊縫真實情況，如圖1中1位置；

⑵設計“焊縫內(nèi)部橫通孔”，根據(jù)NB/T47013.3-2015標準規(guī)定，設計直徑2mm橫通孔，可以進行焊縫位置超聲波靈敏度校準，如圖1中3位置。

⑶設計“復合板母材位置橫通孔”，根據(jù)NB/T47013.3-2015標準規(guī)定，設計直徑2mm橫通孔，可以進行復合板母材位置超聲波靈敏度校準，如圖1中4位置。

⑷設計“橫通孔深度”，在焊縫中間設置一組橫通孔深度，分別距離碳鋼層表面深度為10mm，20mm，30mm，40mm，50mm，在復合板母材位置設置一組橫通孔深度，距離復合板表面深度分別為10mm，20mm，30mm，40mm，50mm；該方式設置深度可直接測量出復合板對于超聲波檢測透射的影響；

⑸設計“橫通孔間距”，為防止兩組橫通孔距離太近，導致超聲波探頭測量受影響，將橫通孔間距設置為大于2T *arctan60+20mm，其中T為復合板材料厚度，減少超聲波測量時由于間距太短對數(shù)據(jù)采集造成影響；

⑹設計“復合板試塊標識”，在試塊上將材料牌號、材料厚度、橫通孔直徑、橫通孔深度進行標識，防止使用時選擇錯誤；

不銹鋼復合板材料校準試塊設計如圖1所示，試塊加工圖如圖2所示，由于項目中不銹鋼復合板材料限制，實際試塊采用54mm不銹鋼復合板制作。

圖1 校準比試塊設計圖

圖2 加工后的不銹鋼復合板材料超聲波對比試塊

3 不銹鋼復合板材料超聲波檢測校準試塊的使用方法

復合板材料焊縫超聲波檢測校準試塊，由兩塊相同厚度（56+4mm）的復合板材料焊接而成，試塊在焊縫位置加工有5個不同深度橫通孔，分別距離碳鋼表面10mm，20mm，30mm，40mm，50mm深，在復合板材料母材位置加工有5個不同深度的橫通孔，分別距離復合板表面10mm，20mm，30mm，40mm，50mm深，兩組橫通孔分別進行深度標識，采用試塊進行超聲波檢測校準時，通過碳鋼層側與復合板層側對復合板材料母材位置不同深度橫通孔靈敏度進行比較，可以測出復合板材料對于超聲波透射的影響，兩組橫通孔也可實現(xiàn)對超聲波靈敏度進行校準，采用超聲波探頭在碳鋼層側采用一次反射波對復合材料母材位置5個不同深度橫通孔進行靈敏度測量，與采用常規(guī)碳鋼校準試塊的靈敏度進行比較，可以測出復合板材料對于超聲波反射的影響。針對復合板材料對于超聲波反射與透射的影響，可制定復合板材料焊縫超聲波檢測工藝。不銹鋼復合板材料靈敏度對比測試包含三部分，一是對復合板透射超聲波影響的測試，二是對復合板反射超聲波影響的測試，三是對焊縫填充金屬對超聲波影響的測試。

3.1 復合板透射超聲波影響的測試方法

如圖3所示，在位置1與位置2分別采用超聲波探頭對深度10，20，30，40，50mm的側鉆孔進行回波幅度測量，為盡量減少手動操作的誤差，可將每組數(shù)據(jù)進行3次測量，取平均值作為最終的結果。比較位置1與位置2數(shù)據(jù)差值，可得出復合板對透射超聲波的影響，如果差值在2dB以內(nèi)，可以忽略復合板對透射超聲波的影響，如果差值大于2dB，在實際檢測中需要將差值補償進去。

圖3 復合板透射超聲波測試

3.2 復合板反射超聲波影響的測試方法

如圖4所示，在位置3采用超聲波探頭對深度50，40，30，20，10mm的側鉆孔進行回波幅度測量，同樣為盡量減少手動操作的誤差，可將每組數(shù)據(jù)進行3次測量，取平均值作為最終的結果，與在無復合板校準試塊上的超聲波測量數(shù)據(jù)進行比較，得出復合板反射超聲波的影響。

圖4 復合板反射超聲波測試

3.3 焊縫填充金屬對超聲波影響的測試方法

如圖5所示，在位置5采用超聲波探頭對深度50，40，30，20，10mm的側鉆孔進行回波幅度測量，與位置4處的側鉆孔回撥幅度進行比較，得出焊縫填充金屬對超聲波的影響。

圖5 焊縫填充金屬對超聲波影響的測試

4 結論

本文通過制作不銹鋼復合板材料焊縫超聲波檢測校準試塊，對復合板在超聲波反射及透射時的影響進行了方法分析，在制定超聲波檢測工藝時，采用相應的靈敏度補償，即可做出較為合理的超聲波檢測工藝，有助于現(xiàn)場超聲波檢測工藝的制定。