海洋钢结构焊缝高温下超声波探伤研究范文

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摘要：分析了海洋平台导管架安装过程中涉及的钢桩焊缝在高温状态下的超声波检验性能，通过实验总结出现场检验用的补偿措施。

关键词：海洋平台；高温；超声波检测

海洋平台导管架安装一般有单根钢桩和多个钢桩（即裙桩）固定两种方式，受预制、船舶运输和打桩条件等因素的制约，一根钢桩往往分成3～4段制作，每段长约40m左右。海上安装时需要逐一分段接桩后再进行打桩作业，而打桩作业最忌讳的便是中间停锤，停锤时间越长风险越大，最直接的表现为地层拒锤。由此接桩作业的时间便显得尤为重要，而焊缝超声波检验作为接桩作业的最后一环也是最重要一环，关注度可想而知。本文根据作业需要，分析了高温状态下超声波检测的技术特点，综合考虑高温状态下超声波的传播速度、路径和衰减对超声波检测定位定量的影响，通过试验最终形成一套方便检验人员现场应用的补偿措施。

1技术难点

目前，传统的手工超声波检验都是在常温条件下进行。而要将其用于高温状态下的钢桩焊缝检测，就必须考虑高温状态下现用的超声波探头和耦合剂是否满足需求，以及由于焊接母材金属结构、介质密度发生变化引起的超声波的衰减系数、传播速度和折射角度的变化。

2实验准备

2．1超声波设备与探头

超声波探伤仪选用GEUSMGo，dB步进最小为0．2dB。考虑到检验时工件温度高于室温，选用德国KK超声波探头MWB70－4、MWB60－4、MWB45－4和MB4S，这类探头工作温度为－20℃～60℃，瞬时工作温度（约5s左右）最高可达150℃。

2．2耦合剂

区别于常温检测，高温状态下常用的水、甘油和化学浆糊已经不能满足耦合要求，本研究选用了燃点在200℃左右、价格较经济实惠的机油。

2．3高低温实验箱

为了满足试验需求，笔者使用具有保温功能的站立式高低温实验箱，详细参数如下：温度范围－20～150℃，在该温度范围内随意调换温度值，并能保持设定温度值在试验时间内不变；温度波动度±0．5℃；温度均匀度±2℃；温度速率0．7℃／min～1℃／min。

2．4工件及试块

海洋结构导管架钢桩的材质为普通低碳钢，厚度为50mm，焊缝形式有环缝和纵缝两种形式。对比试块选用API标准规范推荐的T50．8mmA级对比试块，标准试块采用IIW试块。

3试验实施

考虑到作业现场实际应用情况，本研究将试验温度选定在20℃～80℃范围。3．1工件焊后温度、声速特性变化规律根据反射、折射定律如下：CL1sinα＝CS2sinβ＝CS2′sinβ′（1）式中α—探头入射角；β—室温20℃斜探头折射角；β′—某一温度时斜探头折射角；CL1—有机玻璃中纵波声速；CS2—常温时钢中横波声速；CS2′—某一温度时钢中横波声速。因此：CS2′＝CS2（sinβ′／sinβ）＝CS2（sin（arcos（d／S））／sinβ）（2）式中S—设备测出的声程；d—横通孔深度。 3．2不同温度下回波dB值变化规律常温（20℃）条件下用60°横波斜探头一次直射波扫描对比试块1．6mm横通孔，将最高波调整至80％后记下灵敏度dB值。然后用高低温实验箱将试块加热到80℃再使其自然冷却，用同样的方法测得冷却过程中的灵敏度dB值。

4结论

（1）普通低碳钢在高温状态下超声波探伤时不同温度条件下声速和横波折射角都是不一样的，其中40℃以下声速和折射角变化不大，超过40℃时折射角和声速会随温度的升高逐渐增大，在检验过程中要根据工件温度适当的调节设备对应参数。

（2）不同温度条件下超声波衰减有所变化，以海洋平台常用厚度为50mm的钢桩为例，随着温度的逐渐升高，灵敏度补偿会随之增加，80℃时焊缝灵敏度补偿比常温状态高出2．2dB。

参考文献：

［1］关卫和，王乐勤，阎长周，等．压力容器与管道高温超声检测中的衰减［J］．压力容器，2004，21（5）：12－14．

［2］中国船级社．超声波检测技术（Ⅱ级）．北京：人民交通出版社.2010.

作者:贾刘仁 单位:海洋石油工程股份有限公司