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    焊接鋼管的缺陷分布與評判方法

    文章來源: 文章作者: 更新時間:2015-08-12 16:41:48 點擊次數:

    缺陷相關評判方法是以相關技術為基礎,把人的分析思維能力和理解判斷能力同各種探傷檢測生產現場經驗相結合,編制成時間相關、位置相關、行為相關、特征相關、性質相關5種相關評判方法判定缺陷軟件程序應用到自動化探傷過程中,使自動化探傷系統具有了智能判定功能,不但客觀上保證了焊接鋼管檢測的準確性和高效率,提高了檢測系統的探傷可靠性和抗干擾能力,而且降低探傷檢測生產成本,提高了探傷系統的集成度和智能化水平。

    1 焊接鋼管缺陷的分布機理與危害

    焊接鋼管的生產過程是將鋼板、鋼帶等用各種成型方法直卷或按螺旋方向彎卷成要求的橫截面形狀,然后借助于加溫、加壓,用不同的焊接方法將焊縫焊合而獲得鋼管。因此,焊接鋼管的缺陷分為兩部分:鋼板母材缺陷和焊縫缺陷。

    1.1 鋼板母材缺陷

    板材中的缺陷經過軋制等工序,大部分呈平面狀,與表面平行;其主要缺陷有分層、夾雜物、裂紋、折疊等,其中分層是最常見的內部缺陷。分層會產生各種裂紋,當板材受垂直于表面的拉應力時,分層會嚴重影響鋼管的強度,它是不允許存在的缺陷。

    1.2 焊縫缺陷

    焊縫缺陷是指熔焊過程中或焊后在焊縫中產生的缺陷,分為裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未溶合、咬邊等焊縫缺陷。焊縫中的密集氣孔、夾渣等屬密集立體型缺陷,裂紋、未溶合等屬平面型缺陷,危害性大。條狀夾渣、未焊透等屬條狀缺陷,危害性大。氣孔、小夾渣等屬點狀缺陷。焊縫中的缺陷更容易引起鋼管的強度、塑性等問題,嚴重影響鋼管質量,而焊接鋼管質量的好壞直接影響到油氣輸送管線的安全運行和使用壽命,因而對于焊縫探傷主要是針對焊縫中裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未溶合等危險性缺陷進行探傷檢測。

    2 缺陷相關評判方法

    現場超聲波自動化探傷檢測是單向、單程的,一般不允許往復檢測,因此需要有一次通過的檢測準確率。但是現場在動態生產條件下,在線傷檢一過即逝,一旦漏檢誤報無法追回和驗證,并且自動化探傷系統的功能主要由軟件實現,以焊接鋼管焊縫探傷為例介紹缺陷相關評判方法的設計說明,缺陷相關評判方法就是對缺陷傷波信號進行運用知識、分析判斷和解決問題的運算方法程序。若將超聲波在焊縫中反射的時間均勻分成8份,每份用δt 表示,則缺陷相關評判方法的缺陷判傷報警條件為:

    |Ftn-Ftn-1|≤δt (1)

    3.5δt≤(Bt-Ftn)≤7δt (2)

    連續有效缺陷個數n≥4 (3)

    條件(1)、(2)確立了實際可能傷點的允許條件,在同時滿足條件(1)、(2)兩個條件之外還必須滿足條件(3)時自動報警模塊通過比較回波波高的幅值,當回波波高的幅值超過設定的缺陷檢測靈敏度的幅值高度時即判定為缺陷,自動報警功能就會自動發出報警信息。

    2.1 缺陷時間評判方法

    條件(1)表示缺陷回波時間Ft有連續的相關特征,在連續的一小段時間范圍內,連續相鄰的兩個缺陷回波時間Ft的差值小于等于1個δt。而條件(1)作為時間相關鑒別條件,進一步提高了抗干擾能力。比如δt為傷波閘門寬度的1/8,則抗干擾能力可提高8倍,若設定為δt/2,則抗干擾能力可提高16倍,即條件(1)所代表的軟件程序使系統抗干擾能力提高了一個數量級。在滿足檢測系統最大重復頻率及探傷檢測速度的條件下,用戶可以依據缺陷種類或探傷靈敏度重新設置δt,這樣可極大地提高抗干擾能力。

    2.2 缺陷位置評判方法

    條件(2)表示缺陷回波的檢測范圍是包圍在始波、底波,前、后兩個界面波之中,每個傷波時間Ft與底波時間的平均值Bt的差值應在3.5δt到7δt間,以確保焊管焊縫中心區域被重復掃查并防止底波進入閘門造成的誤報警。其中3.5δt的設置是為了防止底波的誤報警,連續地進入缺陷傷波閘門的底波將不能報警,須是比底波時間的平均值Bt突發地超前3.5δt的缺陷傷波才能報警。而7δt設置是基于多數探傷標準中規定樣管焊縫上樣孔距邊緣的距離為焊縫寬度的1/4,即2ΔL,因而與另一邊緣波(Bt波出現的邊緣)的距離為6ΔL。實際探傷過程中靠探頭一側焊縫邊緣所產生的反射波較低,不會產生報警,所以如探傷要求高則可將7δt設置為8δt或8.5δt。因判傷條件通過軟件程序實現,用戶可方便地實現自己的意圖,探傷過程中可根據報警情況適當調整,使公式Bt-Ft取1個合適的值,保證在最大限度地降低誤報的同時放寬檢測范圍。條件(2)作為位置相關鑒別條件,可極大地提高系統免誤報能力,甚至當底波進入傷波閘門內,若不滿足條件(3),系統也不會報警。

    2.3 缺陷行為評判方法

    條件(3)表示非缺陷回波連續出現次數少或出現不連續,而缺陷回波是連續出現的,缺陷波連續出現的次數,即連續缺陷點的個數在4個以上時才被確認是缺陷回波,條件(3)作為行為相關鑒別條件用來提高系統抗干擾能力。可以根據實際檢測情況需要,根據缺陷種類、探傷靈敏度以及不同的檢測標準改變此值來更改判傷條件,比如對小的缺陷也確認為缺陷時的話,可以將連續有效缺陷的個數減少,反之,小的缺陷不判斷時,可將數值改大。

    2.4 缺陷特征評判方法

    缺陷出現的位置、出現的連續性、出現的時間范圍和出現的取向等是多種多樣的,對超聲波的反射波高幅度也是不一樣的,是與生產工藝、檢測設備有一定相關聯系的。采用的A型脈沖反射式超聲波檢測只能提供缺陷回波的時間和幅度兩方面信息,根據缺陷回波出現的形狀、大小、密集程度等缺陷特征和底波情況可進行缺陷特征的平面狀缺陷、點狀缺陷、密集狀缺陷、條狀缺陷相關估評判。

    2.4.1 平面狀缺陷

    在焊縫兩側縱、橫兩個不同方向上進行檢測,其缺陷回波的高度顯著不同且呈不規則變化,底波高度無明顯變化。當缺陷回波很強、底波消失時可認為是大面積缺陷。在垂直于缺陷方向檢測均顯示單個鋸齒形回波、缺陷回波較高、且波形明顯尖銳陡峭,探頭移動時回波幅度隨機起伏較大(波幅差>±6dB);在平行于缺陷方向檢測,缺陷回波較低,甚至無缺陷回波;在傾斜于缺陷方向檢測顯示鐘形脈沖包絡,該鐘形脈沖包絡中有一系列連續信號,通常表現為位置多變(但變化不大)的強烈多尖峰狀,并出現很多小波峰,探頭移動時,每個小波峰在脈沖包絡中移動,波幅由零逐漸升到最大值,然后又下降到零,信號幅度隨機起伏(>±6dB)。根據縱、橫方向上的缺陷回波的高度不同、且呈不規則變化特征可估評判為是平面狀缺陷。

    常見的平面狀缺陷有裂紋、面狀未溶合、面狀未焊透等缺陷,這種缺陷有長度和明顯的自身高度,表面既有光滑的,也有粗糙的。

    2.4.2 點狀缺陷

    在焊縫兩側縱、橫兩個不同方向上進行檢測,其缺陷回波當量較小、并不一定很高,缺陷指示長度ΔL≤t(t為壁厚),高度無明顯變化、底波高度也無明顯變化,當缺陷波與底波共存時,可認為是點狀缺陷或面積較小尺寸的其他缺陷,缺陷回波顯示一個光圓波(尖銳回波),這是小于聲場直徑的點狀缺陷的波形特征,并且隨管體的移動、缺陷回波的起伏變化很大且迅速。保持聲程距離不變,根據縱、橫方向上的缺陷回波的高度無明顯變化、且顯示一個光圓波的特征可估評判為是點狀缺陷。

    常見的點狀缺陷有氣孔、小夾渣等小缺陷,這種缺陷大多呈球形的體積型缺陷,也有不規則形狀的,屬于小的體積性缺陷,可出現在焊縫中不同位置。

    2.4.3 密集狀缺陷

    在焊縫兩側縱、橫兩個不同方向上進行檢測,其缺陷回波出現在不同位置、顯示次序呈不規則,每個單獨的回波信號顯示單個尖銳回波、而底波消失或高度降低。探頭移動在不同位置檢測時,回波信號顯示一群密集缺陷回波,缺陷波密集互相彼連、高低不同,反射信號此起彼伏、忽高忽低,假若可分辨,則每一個單獨回波信號均顯示點狀缺陷的特征。根據縱、橫方向上的缺陷回波的位置和顯示次序呈不規則、連續發生底波消失或底波幅度降低于50% 的特征可估評判為是密集狀缺陷。

    常見的密集狀缺陷有密集氣孔、再熱裂紋等缺陷,這種缺陷是一群缺陷的集合,每個小缺陷彼此之間相隔距離很近,無法對每個小缺陷單獨定位定量。

    2.4.4 條狀缺陷

    在焊縫兩側縱、橫兩個不同方向上進行檢測,其缺陷回波幅度通常很高且形狀規則單一、高度大致相同且無明顯變化,在較大范圍內,連續出現缺陷回波。且在同一位置,底波高度也無明顯變化,只要信號不明顯斷開較大距離,缺陷基本連續,可測缺陷指示長度ΔL。缺陷回波峰值平穩地由零升到峰值,并保持一段平直部分,然后又平穩地由峰值下降到零,從焊縫兩側都能檢測到。根據縱、橫方向上的缺陷回波的高度大致相同無明顯變化、回波峰值平穩地上升和下降的特征可估評判為是條狀缺陷。

    常見的條狀缺陷有條狀夾渣、未焊透、未溶合等缺陷,這種缺陷可測指示長度,但不易測其斷面尺寸(高度和寬度);然而在長度方向也可能是間斷的,如鏈狀夾渣、斷續未焊透、斷續未溶合等。

    3 結束語

    綜上所述,這種焊接鋼管超聲波自動探傷檢測系統中的缺陷相關評判方法向智能化檢測儀器方向邁出了重要的一步,以相關技術為理論基礎,編制的時間相關、位置相關、行為相關、特征相關、性質相關5種相關法判傷軟件程序,克服了許多人為因素的影響,其檢測可靠性、抗干擾能力和判傷準確性得到了大幅度提高,可滿足連續自動化探傷要求,盡管不能絕對地消除系統探傷檢測中的誤報,但已經消除了系統的漏報,各項技術指標達到預期設計目標。

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