鋼結(jié)構橫向裂紋超聲檢測特性探析

鄭澤 孫志英 薛留軍 劉國棟 海洋石油工程股份有限公司

在海洋鋼結(jié)構焊縫中裂縫是重要的焊接缺陷，裂紋實際延伸方向存在相應差異，主要有橫向、縱向、輻射狀裂紋。其中橫向裂縫也能成為冷裂縫以及延遲裂紋，主要是發(fā)生在焊縫邊界位置，然后進行延伸。在裂紋端點位置會產(chǎn)生尖銳度較高的缺口，應力集中度明顯，容易不斷擴散。當前我國在橫向裂紋檢測中還處于發(fā)展階段，其中超聲檢測具有較高的應用價值，能對裂紋進行有效檢測。

1.超聲波檢測基本原理與優(yōu)點分析

超聲檢測就是發(fā)揮出超聲波與各個工件之間的相互作用，從透射、反射、散射波研究中，能對工件宏觀缺陷進行有效檢測，判定基本組織結(jié)構、力學性能變化情況等。通過超聲波對材料存在的宏觀缺陷能進行有效探查，超聲波在材料中傳遞具有明顯特性。聲波穿過材料時會產(chǎn)生相應損失，遇到不同介質(zhì)分界時，將會產(chǎn)生反射。實際應用原理就是在不同試件中引入激勵超聲波，超聲波在實際傳播過程中能與不同物質(zhì)之間相互作用，聲波傳遞方向與變化特征也會受到較大影響。經(jīng)過改變之后的超聲波能應用檢測設備進行檢測，然后對其進行有效處理與分析。

當前各項無損檢測技術較多，其中超聲波檢測方法具有諸多應用優(yōu)點。能對金屬、非金屬以及復合材料等多種類型材料進行無損評價。超聲檢測具有較大的穿透力，能對厚度較高的試件缺陷進行檢測。實際應用靈敏度較高，能檢測到材料中細小的缺陷問題。各項應用設備便捷性較高，便于現(xiàn)場檢測，對環(huán)境與人體不會產(chǎn)生危害。但是超聲檢測也存在相應局限性，比如對于結(jié)構形狀復雜度較高的試件，在應用超聲波檢測中會受到較大影響。材料中相應內(nèi)部結(jié)構，比如非均勻性以及晶粒度等對控制靈敏度會產(chǎn)生較大影響。

2.鋼結(jié)構橫向裂紋超聲檢測應用探析

（一）焊縫信息

母材材料是DH36船體結(jié)構鋼，板厚度為37.5mm，填充材料為TWE-711Ni，選取FCAW焊接方式，在實際焊接過程中操作環(huán)境溫度是-2℃，選取焊接前熱處理以及擋風措施。焊接之后在48h進行檢測。通過磁粉在表面進行檢測，獲取的各項檢測數(shù)據(jù)合格。超聲檢測縱向掃查通過，但是在橫向檢查過程中顯示缺陷回波，能與橫向裂紋相對應，所以初步判定其為橫向裂紋。

（二）檢測應用

選用的超聲檢測儀器主要是奧林巴斯USM35型，探頭基本頻率是5MHz。在檢測之前要對應用儀器進行校準，依照AWS D1.1執(zhí)行的標準要求，選取相應試塊圓弧面的一次與二次回波對設備進行聲準校準。確定探頭角以及儀器的基準靈敏度。在AWS D1.1各項標準中明確提出針對橫向裂紋檢測中的不連續(xù)性，可以對焊縫進行打磨，打磨結(jié)束之后應用相應的掃查方式，可以將探頭直接放置在焊縫上進行掃查。

針對選定的焊縫可以采取磁粉檢測措施，對焊縫表面添加相應的反差劑，然后通過磁懸液進行磁化，未能觀察到較為明顯的缺陷。在掃超過程中可以應用縱向與橫向掃查方式。在縱向掃查過程中，要確保探頭實際運動方向能有效垂直于焊縫，實際掃查范圍要能包括1.5倍跨距，其中無缺陷回波以及缺陷波幅顯示不明顯。在橫向掃查中在焊縫上部放置探頭，要促使探頭方向能與焊縫有效平行。在全面掃查過程中能看出波形尖銳度與波幅較高，存在缺陷回波。通過對探頭進行移動能觀測到缺陷回波存在，其中有相鄰的波形顯示，由此能判斷裂紋實際排列位置密集度較高，對儀器讀取數(shù)據(jù)可知缺陷深度在7至15mm范圍內(nèi)。通過180°對探頭基本方向進行調(diào)控，能在焊縫另外端進行橫向檢查。再應用相同方式對焊縫對側(cè)進行檢測，發(fā)現(xiàn)存在裂紋，說明裂紋存在一定延伸性。

在驗證過程中通過超聲檢測對可能存在缺陷的位置進行精細化打磨處理以及電弧氣刨，實際氣刨深度控制為10mm。技術人員再對處理之后的焊縫展開磁粉檢測，能探出裂紋清晰度較高的磁痕，確定之前超聲檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷就是橫向裂紋。

（三）裂紋修復

對材料中裂紋發(fā)生部位截取相同材質(zhì)的材料進行技術分析以及工藝匹配性認證，結(jié)合具體實驗結(jié)果可以對焊接工藝技術進行有效調(diào)控。通過對焊接工藝焊縫進行調(diào)節(jié)之后，對室溫進行控制，在48h以及72h中進行磁粉和超聲檢測。全面創(chuàng)新原有的焊接技術工藝能對現(xiàn)存的焊縫進行有效修補，各項檢測數(shù)據(jù)均合格。針對焊縫中的缺陷位置采取電弧氣刨磁粉檢測能對超聲檢測精確性進行有效驗證，再借助橫向與縱向掃查以及波形分析能對裂縫進行有效判定[5]。橫向掃查中如果探頭實際掃查方向中如果回波復幅度變化較大，說明焊縫內(nèi)部裂縫與其材料表面存在角度延伸。

結(jié)語：總而言之，目前在焊縫橫向裂紋中應用超聲檢測探傷具有重要價值，對于厚壁焊縫，射線檢測靈敏度較低，難以對橫向裂紋進行判定。通過超聲波檢測方法應用，能設定正確的參數(shù)，對掃查方式進行控制，整合橫向裂紋靜態(tài)和動態(tài)波形基本變化特征，從而對橫向裂紋進行判定，此項措施在項目工程中有效實踐應用，能精確判定橫向裂紋，有助于提升工程項目施工整體質(zhì)量，規(guī)范化執(zhí)行檢驗標準能定性定量對橫向裂紋進行判定，通過無損檢測提升質(zhì)量檢驗效率。