超聲波無損檢測(cè)檢查法在TMCP板中的實(shí)際應(yīng)用

宋 波

(山海關(guān)造船重工有限責(zé)任公司，河北 秦皇島066206)

超聲波無損檢測(cè)檢查法在TMCP板中的實(shí)際應(yīng)用

宋 波

(山海關(guān)造船重工有限責(zé)任公司，河北 秦皇島066206)

針對(duì)海工平臺(tái)中熱機(jī)械控制工藝(Thermo Mechanical Control Process, TMCP)板材鋼熔透焊焊接接頭超聲波檢測(cè)實(shí)際中的應(yīng)用方法做出講解,通過現(xiàn)場直接對(duì)比法執(zhí)行TMCP材料的相關(guān)超聲波檢驗(yàn)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢測(cè)方法,其檢測(cè)方法的使用使缺陷位置的判定更準(zhǔn)確，同時(shí)節(jié)約成本、提高效率，值得推廣。

TMCP(Thermo Mechanical Control Process)鋼；超聲波檢測(cè)；焊縫；折射角

0 引 言

熱機(jī)械控制工藝(Thermo Mechanical Control Process， TMCP)通過對(duì)鋼坯加熱溫度、軋制溫度、變形量、變形速率、終軋溫度和軋后冷卻工藝等諸多參數(shù)的合理控制，以獲得良好的組織從而明顯提高材料強(qiáng)韌性的技術(shù)。通過該工藝的處理而獲得的貝氏體強(qiáng)度高、韌性好,具有較高的綜合機(jī)械性能。目前，TMCP鋼板在造船和海工建造等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

無損檢測(cè)(Non-destructive Testing)是指在不損壞試件的前提下，以物理或化學(xué)為手段，借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。超聲波檢測(cè)作為無損檢測(cè)方法中的一種，其主要采用A型脈沖反射式超聲探傷儀對(duì)工件及焊縫進(jìn)行檢測(cè)。

TMCP鋼由于其特殊工藝使其具有各向異性的特點(diǎn)，而正是該特點(diǎn)嚴(yán)重影響超聲波檢測(cè)時(shí)對(duì)缺陷判斷的準(zhǔn)確性。

1 超聲波在TMCP鋼中的特征及傳播

在TMCP鋼中，超聲波的特征和傳播方向存在差異。在超聲波傾斜入射法檢測(cè)中，同向異性鋼中沒有折射角度的變化或回波幅度隨傳播方向(相對(duì)于軋制方向縱向或橫向)的變化，但各向異性鋼(諸如TM/TMCP材料)超聲波傳播方向的變化較為顯著。如：折射角度會(huì)隨傳播方向而變化;在軋制方向(L向)上折射角度相對(duì)于公稱角度會(huì)較大，而垂直于軋制方向(T向)時(shí)則會(huì)較小；用公稱角度為60°的探頭在L向和T向測(cè)量得到的回波高度近乎相等；用公稱角度為70°的探頭在L向上測(cè)量得到的回波高度會(huì)較低，并且最大波幅位置不很清晰。

2 折射角度與回波波幅差異的測(cè)量

折射角度的測(cè)量方法如下。用與缺陷檢驗(yàn)相同類型的探頭(60°和70°)且如圖1所示在L向和T向?qū)⑻筋^相對(duì)放置。調(diào)整探頭位置以獲得最大回波高度。通過對(duì)所得最大回波高度處兩探頭入射點(diǎn)間跨距s的計(jì)算公式可以計(jì)算出探頭角度αL和αT。

圖1 折射角測(cè)定

式中：α為折射角；t為材質(zhì)板厚。

測(cè)量計(jì)算出的αL和αT數(shù)值差異應(yīng)予以考慮并與公稱角度進(jìn)行比較。

若承認(rèn)破產(chǎn)解除權(quán)的追溯力，側(cè)重于非破產(chǎn)方利益保護(hù)，則與破產(chǎn)企業(yè)財(cái)產(chǎn)保值增值這一破產(chǎn)基本原則相違背。即使從合同法的可預(yù)見原則考慮，合同解除后存在無法恢復(fù)原狀、其物權(quán)請(qǐng)求權(quán)變?yōu)閭鶛?quán)請(qǐng)求權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)，這點(diǎn)守約方在訂立合同時(shí)是可以預(yù)見的，故否定破產(chǎn)解除權(quán)的溯及力并非將利益保護(hù)的天平過度向破產(chǎn)方傾斜，而是更有利于達(dá)到破產(chǎn)重整中各方利益的平衡。所以，破產(chǎn)解除權(quán)不應(yīng)具有溯及力，待履行合同自管理人行使解除權(quán)之通知到達(dá)相對(duì)方時(shí)終止。但是，若破產(chǎn)解除權(quán)的行使致使合同相對(duì)人的權(quán)益甚至是基本生存權(quán)受到極大的損害，應(yīng)當(dāng)基于公平原則和比例原則予以突破，如消費(fèi)型購房合同的相對(duì)人，該問題將在下文購房相對(duì)人權(quán)益救濟(jì)部分詳細(xì)討論。

當(dāng)探頭分別放置在軋制方向和垂直于軋制方向上時(shí)，回波高度必須予以考慮。

如果測(cè)量結(jié)果證實(shí)材料是各向異性的，應(yīng)執(zhí)行以下規(guī)定：與公稱角度相比，當(dāng)測(cè)量的折射角度偏差超過±2°或回波高度變化超過±2 dB時(shí)，檢驗(yàn)前應(yīng)該對(duì)角度偏差和儀器回波高度衰減結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和記錄。

3 聲速、折射角度與靈敏度在TMCP鋼實(shí)際檢測(cè)中的確定

方法1：制作用于TMCP鋼超聲波校驗(yàn)的參考試塊。參考試塊應(yīng)該與被檢產(chǎn)品具有相同的材料級(jí)別(可以追溯到爐號(hào))，且試塊上的軋制方向應(yīng)標(biāo)明清楚，試塊樣式如圖2所示。試塊要求：在L向和T向參考試塊應(yīng)具有最小2倍全跨距(70°)的尺寸。在試塊兩個(gè)方向，厚度的1/2和3/4處做直徑為3 mm的側(cè)橫孔(或根據(jù)所用標(biāo)準(zhǔn)要求而定)。

圖2 試塊樣式

試塊完成后，基于材料的衰減偏差和折射角度偏差的原因，檢驗(yàn)前必須在試塊上測(cè)量衰減偏差和折射角度，再根據(jù)檢測(cè)厚度范圍對(duì)距離波幅校正曲線(Distance Amplitude Correction, DAC)進(jìn)行檢測(cè)。

方法2：由于現(xiàn)場TMCP鋼板的爐批號(hào)、厚度以及其超聲性能等方面有所不同，僅1塊試塊往往難以滿足所有TMCP材料的檢測(cè)需求，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度有待提高。在通常情況下，為滿足上述所有方面的要求需加工很多類似試塊，易造成檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作較為繁瑣。

在實(shí)際操作過程中，不做TMCP參考試塊也是可行的。可以利用工件本體在進(jìn)行檢測(cè)前依照實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)超聲設(shè)備進(jìn)行校正，這樣既可以滿足檢測(cè)時(shí)探頭角度、聲速等數(shù)據(jù)與實(shí)際工件相同，增加檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，也可有效避免做很多的參考試塊。

具體操作過程如下：

(1) 在CSK-I試塊上調(diào)試，測(cè)量入射點(diǎn)、折射角度。

(2) 根據(jù)所用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)比試塊調(diào)試靈敏度，并制作DAC曲線。

(3) 制作補(bǔ)償基準(zhǔn)曲線(若以DAC曲線作參考，此步驟亦可省略)。

(4) 現(xiàn)場檢測(cè) 。

現(xiàn)場檢測(cè)可分為4個(gè)步驟：

(1) 確定軋制方向。測(cè)定所檢測(cè)焊縫方向的探頭折射角度αL，αT以及衰減補(bǔ)償。

(2) 測(cè)定聲速。TMCP鋼中的橫波聲速可根據(jù)折射定律按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：βL為晶片在有機(jī)玻璃中發(fā)射的縱波入射角，可通過用公式(1)測(cè)得的TMCP鋼中探頭折射角根據(jù)折射定律求得；βTMCP為TMCP鋼中橫波折射角；CL有機(jī)玻璃為有機(jī)玻璃的縱波聲速2 730 mm/s；CSTMCP為TMCP鋼中的橫波聲速。

(3) 將設(shè)備上的探頭角度調(diào)節(jié)為現(xiàn)場實(shí)測(cè)的角度，再根據(jù)實(shí)測(cè)的衰減補(bǔ)償對(duì)靈敏度做出調(diào)節(jié)。

(4) 對(duì)焊縫進(jìn)行掃查檢驗(yàn)。

4 現(xiàn)場檢驗(yàn)實(shí)例

項(xiàng)目名稱為某型自升式鉆井平臺(tái)。

檢驗(yàn)部位為懸臂梁V型板角焊縫 (T=30 mm)。

檢驗(yàn)方法為A型脈沖反射式超聲波檢測(cè)。

儀器：USM 35 X；探頭：SIUI 10 mm×10 mm 70°/60°/45°(70.1°/61°/45°)。

該次檢驗(yàn)是在未知板材是TMCP板的情況下進(jìn)行的。首先進(jìn)行的是45°探頭鋸齒掃查，掃查結(jié)果未發(fā)現(xiàn)缺陷；然后在60°探頭掃查時(shí)發(fā)現(xiàn)整段焊縫于深度26.7 mm處存在疑似缺陷的反射波，用70°探頭進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)于25 mm處出現(xiàn)同樣的反射波。由于板材是高強(qiáng)鋼，無故返修會(huì)對(duì)材質(zhì)本身造成較大的損害，因此對(duì)是否為TMCP鋼的可能性進(jìn)行排查。45°探頭檢測(cè)時(shí)沒明顯變化；60°和70°探頭在檢驗(yàn)方向折射角度時(shí)變化均較大，分別為65.5°和56.9°。當(dāng)設(shè)備上的探頭角度改為當(dāng)時(shí)實(shí)測(cè)角度時(shí)，反射的顯示深度為30 mm,究其原因是受底面反射波的影響。最終使用實(shí)測(cè)的角度進(jìn)行并且完成檢驗(yàn)。

確認(rèn)TMCP板材料后，對(duì)該分段的其他一些部位板材對(duì)應(yīng)檢測(cè)方向(每組兩處檢測(cè)部位方向相差90°)也做了測(cè)量，結(jié)果如表1所示。

5 結(jié) 語

綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)方法2較方法1所具備的優(yōu)勢(shì)，簡單歸納后總結(jié)如下：

表1 試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表

(1) 有效避免因TMCP鋼板爐批號(hào)、不同厚度以及鋼板的各向異性而加工大量試塊增加工作量，同時(shí)減少成本。

(2) 方法2更適用于所有TMCP材料的檢驗(yàn)并滿足其需求，彌補(bǔ)做單一試塊不具代表性的不足。

(3) 檢測(cè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場實(shí)測(cè)，無論TMCP板檢測(cè)方向上的角度變化還是聲速變化都更貼近實(shí)際，對(duì)缺陷存在的定位判定更加準(zhǔn)確，檢測(cè)結(jié)果更加可靠。

(4) 方法2于現(xiàn)場工作而言更加簡單易行，避免攜帶大量試塊，提高工作效率。

因使用TMCP鋼建造，其力學(xué)性能等各項(xiàng)指標(biāo)要求均非常高，這就要求在檢測(cè)前做好充分的準(zhǔn)備工作：負(fù)責(zé)申請(qǐng)單的填寫人員需在檢驗(yàn)申請(qǐng)單上對(duì)TMCP板做出標(biāo)注(包括其爐批號(hào))；檢測(cè)人員需認(rèn)真掌握好上述TMCP鋼超聲檢驗(yàn)的具體操作方法及要領(lǐng)，在現(xiàn)場工作中嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)，認(rèn)真地對(duì)待每次檢驗(yàn)。

[1] 崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理[M].北京：機(jī)械工藝出版社，2007.

[2] 尹潤朋，王賀.TMCP鋼中聲速與折射角的修正[J].無損檢測(cè)，2012，34(8)：44-46.

PracticalApplicationofUltrasonicNon-DestructiveTestingMethodforTMPCPlate

SONG Bo

(Shanhaiguan Shipbuilding Industry Co., Ltd., Qinhuangdao 066206, Hebei, China)

The practical application method of direct comparision on ultrasonic testing for TMCP(Thermo Mechanical Control Process) steel weld joints in the offshore platform is explained, which is primarily intended for convenient operation instead of normal methods. The discontinuity position is evaluated more accurately with this method. At the same time, the method can save cost and improve the efficiency, which is worth widely using in future.

TMCP(Thermo Mechanical Control Process) steel; ultrasonic testing; weld joint; refraction angle

宋 波(1977-)，男，工程師，從事質(zhì)量管理工作，主管造船NDT管理工作并擁有相關(guān)無損檢測(cè)的II級(jí)資質(zhì)

1000-3878(2017)05-0090-03

U671

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