CN101464428A - 型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型钢过焊孔处超声波探伤方法，该方法中，第一步为垫板焊步骤，在甲板上标注出工字钢应设置的位置并进行垫板焊，第二步为清理打磨探伤面步骤，第三步为打磨过焊孔内焊缝步骤，第四步为单晶检验步骤，用横波单晶斜探头检验翼板对接焊缝，第五步为双晶探头探伤步骤，用纵波双晶斜探头在过焊孔内检验过焊孔处焊缝，第六步为后续步骤，无质量问题就结束作业，有质量问题就修补和重焊，本发明省略了开天窗、翻转和清根工序，且双晶探头可通过小范围移动扫查较大范围，在过焊孔内探伤对焊缝表面无不良影响。

Description

型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法

技术领域

本发明涉及一种型钢焊缝超声波探伤方法，尤其涉及型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法。

背景技术

已有技术的型钢焊缝超声波探伤方法已经或正在普及，在过焊孔内检验其焊缝的操作工艺正在进一步研究，如图1至3所示工字钢组块的焊接，有工字钢4端部与端部的焊接，工字钢4端部与工字钢4侧面的焊接，有尺寸相同的，也有尺寸不相同的工字钢4焊接，形成的焊缝5包括翼板7与翼板7对接焊缝、腹板6与腹板6对接焊缝5，还包括翼板7与腹板6、腹板6与腹板6的角接焊缝5，厚度范围在8毫米到30毫米不等，焊缝5的波口角度可以有多种变化。这些焊缝5使用常规的超声波探伤技术可以完成，待探伤结束后再进行下道工序。将由型钢焊接成的框架铺设在甲板3上。组块及生活楼、浮式储油平台上部模块等的建造大体可分为正装法和反装法：正装法是先焊接框架，后在框架上铺设甲板3，而反装法则是先铺设甲板3，再从甲板3上焊接框架，最后将甲板3和支架翻转过来。

随着科技的发展，运用组块甲板3反装法工艺技术，反装法最大的优点就是避免了仰焊法作业，缩短建造周期，节省人力和物力，显著地提高了焊接质量。采用这种建造方案，为了在超声波检验时做到不漏检，焊接和探伤必须采取以下步骤进行：

第一、将甲板用钢板焊接成为甲板。

第二、画线及开天窗：在甲板上标注出工字钢所形成的梁应设置的位置，切割工字钢并设置过焊孔，过焊孔处的焊缝宽度由于板厚的不同，宽度范围从15毫米到30毫米不等，腹板开的过焊孔大小从25毫米半圆到40毫米半圆不等。

因为反装法是在甲板上直接铺设工字钢，导致一侧翼板不能从正面探伤检验，多年来为了保证过焊孔处焊接质量，在梁与梁相交的节点部位，将翼板焊缝探伤范围的甲板割开孔洞，并保留挖下的甲板片断，这种工艺一般称为开天窗。

第三、一次焊接：先组对型钢并进行焊接，将工字钢之间的下部焊接并使之连为一体，再将工字钢都焊接在甲板上，使之成为组块甲板，然后，将工字钢之间焊接完好。

第四、翻片：将整块组块甲板180度翻转。

第五、甲板整体喷砂除锈，并进行涂漆。

第六、反刨：在天窗处对工字钢焊口进行清根，重新焊接，以加固焊接质量。

第七、超声波检验：对型钢焊缝用横波单晶斜直探头以前后扫查的方式进行检验。

第八、合格后，在焊道上打磨平焊缝余高。

第九，将挖下的甲板片断补焊回天窗口，进行无损检测。

第十，在天窗口完成油漆的修补工作。

这样既可以在翼板正面进行焊缝探伤，探伤结束后再将割开的天窗板补焊上。

但是，上述十个施工步骤中第二、六、八、九、十项施工内容，都是因为型钢过焊孔处焊缝不能进行超声波探伤才采用的方法，不得已而为之。

已有技术的型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法存在如下缺陷：

首先，已有技术为了保证探伤工作的进行，将甲板开天窗又造成了时间、人力、物力的浪费，同时又给结构的完整性带来了影响。需要在甲板上多处开设天窗，如果在甲板上开了天窗，就会损害甲板的质量，如果不在甲板上开天窗，探伤只能从背面的焊接操作面进行。

其次，在背面探伤时，腹板两侧翼板平面部分焊缝可用常规的焊缝超声波探伤方法进行，背面的甲板就相当于单面焊的钢垫板。腹板过焊孔处翼板焊缝运用常规探伤方法无法进行，过焊孔只是为了解决焊接问题，阻碍了焊缝超声波探伤。过焊孔处焊缝两侧因为有腹板阻挡，所以该处形成了超声波探伤区域的盲区，盲区的长度由腹板的厚度和腹板两侧的R大小决定。为了保证翼板焊缝整体质量，就只能靠反复翻转庞大的组块甲板，来进行检测和焊接。

其次，如果在过焊孔里探伤，将磨平过焊孔里焊缝虽不难，但是由于过焊孔内空间小，常规斜探头体积大无法进行扫查，或只能在非常小的范围内扫查，不能实探伤目的。如果使用单晶直探头的探伤方式，由于焊接缺陷一般产生在坡口面上较多，垂直探伤难以接收到类似未熔合线状缺陷的反射回波，不能保证焊缝质量。

另外，建造的周期、人力的投入、材料的消耗及检验的连续性造成了一定的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法，尤其提供通过改变探头型装和在过焊孔内运行方向，减少开天窗等焊接步骤带来的各种影响，保证结构的完整性的型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

做为本发明的一种型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法，该探伤方法包括以下步骤，

第一步为垫板焊步骤，用钢板焊接成为甲板，在甲板上标注出工字钢应设置的位置，切割工字钢并设置过焊孔，将甲板做为垫板，进行垫板焊，

第二步为清理打磨探伤面步骤，

第三步为打磨过焊孔内焊缝步骤，在靠近翼板焊缝的腹板上挖出过焊孔，

第四步为单晶检验步骤，用横波单晶斜探头以前后扫查的方式检验翼板对接焊缝，横波单晶斜探头的晶片为前后倾斜，

第五步为双晶探头检验步骤，用纵波双晶斜探头以左右扫查的方式在过焊孔内检验过焊孔处焊缝，

第六步为后续步骤，如果没有检查出质量问题，就结束作业，如果检查出质量问题的焊缝，就进行修补和重焊。

双晶探头为40度双晶纵波斜探头，双晶探头晶片向左右倾斜。

而且，该双晶探头检验步骤包括对探头的测试步骤和探伤的实施步骤，

在探头的测试步骤，根据过焊孔大小、焊缝板材厚度和坡口角度，选择探头晶片大小、探头频率、探头角度以及探头的外形尺寸。

在探伤的实施步骤，要在过焊孔里焊缝探伤，选用纵波双晶斜探头，利用探头焦距有一定的长度和探头扩散角，可以使得探头以左右扫查的方式，通过做小范围的移动，达到扩大的扫查范围，进而达到探伤的目的。

探头的测试步骤包括第一种测试步骤和第二种测试步骤两种，第一种测试步骤包括入射点测试步骤和折射角测试步骤，第二种测试步骤包括焦距测试步骤、焦点聚束宽度测试步骤、波束宽度测试步骤、灵敏度余量测试和分辨率测试。

探伤的实施步骤包括距离波幅曲线制作、探伤灵敏度确定、探伤步骤、探伤时关键要领、盲区控制和波高选择步骤。

在探伤步骤，探头分两步在过焊孔里运行探伤，第一步探头在一侧进行，第二步为将探头转180度在另一侧探伤。

距离波幅曲线制作步骤包括，首先在试块上面进行扫查，找出人工孔的最高反射波，然后反射波调整到某一高度，以此灵敏度探测其他人工孔，将各个人工孔的最高反射波的位置点连接成圆滑曲线。

本发明的有益效果是：

本发明型钢过焊孔处焊缝的超声波探伤方法，减少施工步骤，节省时间和原材料，提高焊缝质量。

附图说明

图1为已有技术型钢焊焊接方法中工字钢的位置示意图

图2为已有技术型钢焊焊接方法中过焊孔的结构主视图

图3为已有技术型钢焊焊接方法中工字钢的位置示意图

图4为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法流程图

图5为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中探头主视图

图6为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中探头俯视图

图7为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中探头左视图

图8为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中探头的入射点测试示意图

图9为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中探头的折射角测试示意图

图10为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中双晶探头检验步骤的具体内容示意图

图11为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中焦距测试曲线图

图12为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中焦点聚束宽度测试曲线图

图13为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中波束宽度测试示意图

图14为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中波束宽度测试曲线图

图15为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中扫查步骤第一步示意图

图16为本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中扫查步骤第二步示意图

图中：

1：探头            2：过焊孔

3：甲板            4：工字钢

5：焊缝            6：腹板

7：翼板            8、9：晶片

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法作进一步详细说明：

本发明型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法中的型钢是指工字钢4。

如图4所示，本发明型钢过焊孔2处超声波探伤方法包括以下步骤：

一、垫板焊步骤S1：用钢板焊接成为甲板3，在甲板3上标注出工字钢4应设置的位置，切割工字钢4并设置过焊孔2，将甲板3做为垫板，进行垫板焊，

二、清理打磨探伤面S2，

三、打磨过焊孔2内焊缝步骤S3：，打磨过焊孔2内焊缝5，

四、为单晶检验步骤S4，用横波单晶斜探头以前后扫查的方式检验翼板7对接焊缝，横波单晶斜直探头的晶片为前后倾斜，翼板7也称为面板，

五、双晶探头1检验步骤S5：过焊孔2部位是焊接接头交汇处，是缺陷容易产生的地方。过焊孔2焊缝的探伤如果在孔外进行，漏检率高，选用在过焊孔2里进行，称为骑缝探伤，手工焊接的焊缝5，骑缝探伤时应将过焊孔处焊缝5磨平，使得探头1与探伤面有良好的接触，打磨一般达到英国标准BS---3923中规定中的SP3的要求。如图7所示，用纵波双晶斜探头以左右扫查的方式检验过焊孔2中焊缝5，双晶探头为40度双晶纵波斜探头1，双晶探头晶片8、9为左右倾斜。如图10所示，包括对双晶探头1的测试步骤S51和探伤的实施步骤S52。

在双晶探头的测试步骤S51，双晶探头1根据过焊孔2大小、焊缝5板材厚度和坡口角度，选择探头1的晶片8、9大小、探头1频率、探头1角度以及探头的外形尺寸，过焊孔2里的骑缝探伤，受孔大小的影响，探头无法像正常探伤那样运行，缺陷的检出受到很大的局限，所以常规的探头，常规的探伤方法无法进行，必须选用能作小距离运行同时能做大范围检测的探头，来解决过焊孔2区域的探伤问题，达到过焊孔2焊缝5的探伤目的。通过各种实验，最终选用纵波双晶斜探头，探头角度根据坡口角度选定40度，±2.5度，频率4兆赫兹，晶片尺寸6×10，焦距为F10和F20毫米两种晶片左右倾斜的特殊形状探头。

探伤前先进行探头的测试，选用IIW，或CSK-I1标准试块，进行探头入射点和折射角的测试，根据使用标准选定对比试块，这里选用美国ABS船级社试块进行测试。双晶探头的测试步骤S51包括第一种测试步骤S511和第二种测试步骤S512两种。

第一种测试步骤S511，选焦距为F10探头，进行探头入射点、折射角的测试。测试包括入射点测试步骤S511a和折射角测试步骤S511b。

入射点测试步骤S511a：将选好的探头，放到IIW试块上进行入射点测试，可用单发单收，也可用一发一收，如图8所示。

折射角测试步骤S511b将探头放到IIW试块如图9所示，通过1.5毫米孔进行测试，以上的测试同常规探头探伤测试方法一样。

第二种测试步骤S512选焦距为F10探头，进行探头焦距、焦点聚束宽度和波束宽度的测试。包括焦距测试步骤S512a、焦点聚束宽度测试步骤S512b、波束宽度测试步骤S512c、灵敏度余量测试、分辨率测试等。

具体测试过程如下：

在焦距测试步骤S512a中，双晶斜探头的焦距主要是由倾斜角决定，与晶片8、9尺寸也有关系，在相同的倾斜角下，晶片8、9越大，则焦距越长。首先选ABS试块，测出不同深度H(毫米)下φ1.2毫米横通孔的回波高度A，单位为分贝，试块的选取应根据使用标准来定，然后绘出距离H的波幅曲线，如图11所示，找出曲线上最大波幅所对应的深度，按式H(1+k²)^1/2计算，K为探头折射角的正切值，可得到焦距。焦距就是曲线上最高点对应的声程。

在焦点聚束宽度测试步骤S512b，如图12所示，采用和焦距对应深度的横通孔使探头沿水平方向前后移动，测出不同深度距离所对应的波高，然后绘出深度-距离波高曲线，取最高波高分贝数降低值ΔA为6分贝，按ΔA划一直线和曲线相交两点Ha、Hb的距离，既为聚束宽度。

在波束宽度S512c中，如图13所示，利用不同深度的横通孔分别测出各个深度下最大回波高度对应的波高Pmax，然后将探头前后扫查，分别测出回波最大值前后-6分贝时所对应的深度距离P1、P2。如图14所示，把各个深度下的Pm、P1、P2各点平滑地连接成三条直线，既为声束包络线，若需要知道某深度下探头的波束宽度，可在该深度下的Pm连接线上对应的点引垂线和其他两条直线相交，两焦点间距离即为该深度下的波束宽度。

在进行以上测试的同时，记录探头发现每个孔的水平距离，包括-6分贝时的水平距离，如下表所示，并参见下表：

在灵敏度余量测试中，根据使用标准要求进行。

在分辨率测试中，根据使用标准要求进行。

其他探头测试如上。

通过以上的测试，可以看出探头在过焊孔2可以走的距离并发现缺陷的范围，或者通过参照试块测试进行验证，如图14所示。

参照试块的制作，根据坡口角度，沿溶合线依次排列组孔，无坡口面竖直排列，如图13所示。组孔可以是三个孔一组，也可以是四个孔一组，孔径φ2毫米，孔距3毫米，孔深40毫米横通孔，第一个孔离表面3毫米。当第一组孔验证一次都发现时，看此时过焊孔2对探头有无影响，每组孔代表一个厚度范围，这样验证的同时也验证了探头的分辨率。

在探伤的实施步骤S52，要在过焊孔2里焊缝5探伤，选用纵波双晶斜探头，利用探头扩散角，可以使得双晶探头小范围的移动，成为由线到面，用反射法扫查，达到大范围扫查，进而达到探伤的目的。

探伤时板厚在20毫米内选用F10探头进行，板厚超过20毫米以上35毫米以下，选用F10毫米和F20探头分别进行探伤。探伤过程如下；

第一步为距离波幅曲线制作S52a，参照图11，首先在试块上找出探头焦点尺寸范围孔位置的反射波，调到100％波高，然后再分别确定其他位置孔反射波高，将其连接成曲线。

距离波幅曲线制作S52a步骤包括，首先在试块上扫查，找出人工孔的最高反射波，然后反射波调整到某一高度，以此灵敏度探测其他人工孔，将各个人工孔的最高反射波的位置点连接成曲线。

第二步为探伤灵敏度确定S52b，根据选用探伤标准确定灵敏度。

第三步为探伤步骤S52c，探头分两步在过焊孔2里运行探伤，第一步如图15所示，探头在一侧进行，第二步如图16所示，将探头转180度在另一侧探伤。

探头1的两晶片8、9的连线与腹板6的水平投影平行设置，这样，两晶片8、9连线的中心点距离腹板6距离最近，两晶片8、9也处在距离腹板6最近的地方，也就能最近距离的探测过焊孔2。

第四步为探伤时关键要领步骤S52d，包括：

1、焊缝5打磨要达到要求，

2、过焊孔2包角应在探伤结束后进行，

3、使用纵波双晶斜探头探伤运用的是一次波，屏幕里反射波的判断相对比较容易。

第五步为盲区控制S52e，纵波双晶斜探头有较高的灵敏度，较大的检测覆盖区和无杂波等优点，但也有近表面1毫米到2毫米的盲区，探伤时应注意始脉冲的变化，根据始脉冲的变化来判断近表面有无缺陷。

第六步波高选择S52f，如果-6分贝范围不够，可使用-9分贝范围，探伤时灵敏度相对增加。

六、后续步骤：如果没有检查出质量问题，就可以结束作业，如果检查出质量问题，对焊缝5进行修补和重焊。

最终完成焊接和探伤的组块甲板3就可以翻转过来，安装在导管架或其它底部设施上，做为储油平台、生产、生活组块使用了。

本发明型钢过焊孔2处超声波探伤方法省略了开天窗、翻转180度和清根工序，本发明对过焊孔2探伤具有以下技术效果：

一、能够在过焊孔2内以左右扫查的方式探伤，

二、将双晶探头1进行了形状的组合，

三、双晶探头1可通过小范围移动扫查较大范围，

四、过焊孔2内探伤对焊缝5表面无不良影响。

本发明在实践运用中，达到了美国石油学会标准(APIRP2X-A)中检验标准的要求，据统计：本发明型钢过焊孔2处超声波探伤方法的一实施例中，模块结构质量为570吨，焊口数为526道口，本发明型钢过焊孔2处超声波探伤方法比已有技术，在建造周期上省了6天时间，节省了近10％的焊材。通过这项改进工作所产生的经济效益是非常可观的。

Claims (7)

1、一种型钢过焊孔处焊缝超声波探伤方法，其特征是：所述焊缝的焊接和探伤包括以下步骤，

第一步为垫板焊步骤(S1)，用钢板焊接成为甲板(3)，在甲板(3)上标注出工字钢(4)应设置的位置，切割工字钢(4)并设置过焊孔(2)，将甲板(3)做为垫板，进行垫板焊，

第二步为清理打磨探伤面步骤(S2)，

第三步为打磨过焊孔(2)内焊缝(5)步骤(S3)，

第四步为单晶检验步骤(S4)，用横波单晶斜探头以前后扫查的方式检验翼板(7)对接焊缝，横波单晶斜直探头的晶片为前后倾斜，

第五步为双晶探头探伤步骤(S5)，用双晶探头以左右扫查的方式检验过焊孔(2)处焊缝(5)，

第六步为后续步骤(S6)，如果没有检查出质量问题，就结束作业，如果检查出质量问题，将对焊缝进行修补和重焊。

2、根据权利要求1所述的型钢过焊孔处超声波探伤方法，其特征是：所述双晶探头为40度双晶纵波斜探头，双晶探头晶片为左右倾斜。

3、根据权利要求1所述的型钢过焊孔处超声波探伤方法，其特征是：所述双晶探头探伤步骤(S5)包括对双晶探头的测试步骤(S51)和探伤的实施步骤(S52)，

在探头的测试步骤(S51)中，根据过焊孔(2)大小、焊缝板材厚度和坡口角度，选择双晶探头(1)晶片大小、探头频率、探头角度以及探头的外形尺寸，

在探伤的实施步骤(S52)中，要在过焊孔(2)里焊缝(5)探伤，选用纵波双晶斜探头，利用探头焦距有一定的长度和探头扩散角，可以使得双晶探头(1)小范围的移动，得到大的扫查范围，进而达到在过焊孔(2)内探伤的目的。

4、根据权利要求3所述的型钢过焊孔处超声波探伤方法，其特征是：所述探头的测试步骤(S51)包括第一种测试步骤(S511)和第二种测试步骤(S512)两种，第一种测试步骤(S511)包括入射点测试步骤(S511a)和折射角测试步骤(S511b)，第二种测试步骤(S512)包括焦距测试步骤(S512a)、焦点聚束宽度测试步骤(S512b)、波束宽度测试步骤(S512c)、灵敏度余量测试和分辨率测试。

5、根据权利要求3所述的型钢过焊孔处超声波探伤方法，其特征是：所述探伤的实施步骤(S52)包括距离波幅曲线制作(S52a)、探伤灵敏度确定(S52b)、探伤步骤(S52c)、探伤时关键要领(S52d)、盲区控制(S52e)和波高选择步骤(S52f)。

6、根据权利要求5所述的型钢过焊孔处超声波探伤方法，其特征是：在所述探伤步骤(S52c)，探头(1)分两步在过焊孔(2)里运行探伤，第一步探头(1)在一侧进行，第二步为将探头(1)转180度在另一侧探伤。

7、根据权利要求5所述的型钢过焊孔处超声波探伤方法，其特征是：所述距离波幅曲线制作(S52a)步骤包括，首先在试块上扫查，找出人工孔的最高反射波，然后将人工孔的最高反射波调整到某一高度，以此灵敏度探测其他人工孔，将各个人工孔的最高反射波的位置连接成圆滑曲线。

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