渦流探傷在焊縫涂裝狀態(tài)下質(zhì)量檢測的應(yīng)用

蔡文，薛鋒，靖婧，梁小平

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

船舶海洋工程產(chǎn)品，一般都會配置用于設(shè)備維修保養(yǎng)的吊耳或吊梁。根據(jù)技術(shù)規(guī)范的要求，這些吊耳都必須進(jìn)行拉力試驗(yàn)以檢測其負(fù)載能力，在拉力試驗(yàn)前后，必須對其焊縫進(jìn)行無損檢測。對于未涂裝的焊縫一般采用磁粉探傷技術(shù)或超聲波探傷技術(shù)。對于已涂裝的焊縫，需要經(jīng)過復(fù)雜的前處理之后才能夠采用磁粉探傷技術(shù)，這樣檢測方法需要大量不同工種之間密切配合，一旦一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就會影響最終測試結(jié)果，因此急切需要一種新技術(shù)對已涂裝焊縫進(jìn)行高效檢測。渦流探傷技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的無損檢測技術(shù)，作為一種簡單高效的表面無損檢測方法。目前渦流檢測技術(shù)已廣泛用于航天、航空領(lǐng)域中金屬構(gòu)件的檢測，但在船舶行業(yè)應(yīng)用較少。基于渦流探傷技術(shù)的工作原理，可初步判斷其可用于涂層狀態(tài)下的吊耳焊縫質(zhì)量檢測。通過大量模擬對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)渦流探傷技術(shù)對已涂裝焊縫可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確檢測。

1 渦流探傷簡介

渦流探傷(ET)是一種利用電磁感應(yīng)原理[1-2]，檢測構(gòu)件和金屬材料表面缺陷的探傷方法。其原理是把導(dǎo)體接近通有交流電的線圈，由線圈建立交變磁場，該交變磁場通過導(dǎo)體，并與之發(fā)生電磁感應(yīng)作用，在導(dǎo)體內(nèi)建立渦流。導(dǎo)體中的渦流也會產(chǎn)生自己的磁場，渦流磁場的作用改變了原磁場的強(qiáng)弱，進(jìn)而導(dǎo)致線圈電壓和阻抗的改變。當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷時，將影響到渦流的強(qiáng)度和分布，渦流的變化又引起了檢測線圈電壓和阻抗的變化，根據(jù)這一變化，可以間接判斷導(dǎo)體內(nèi)缺陷的存在。

ET適用于導(dǎo)電材料，包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料構(gòu)件的表面或近表面層的缺陷檢測[3]。由于渦流探傷，在檢測時不要求線圈與構(gòu)件緊密接觸，也不用在線圈與構(gòu)件間充滿藕合劑，容易實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)自動化。渦流檢測可在高溫、薄壁管、細(xì)線、零件內(nèi)孔表面等其他檢測方法不適用的場合實(shí)施檢測[4]。

按探測線圈的形狀不同，可分為穿過式(用于線材、棒材和管材的檢測)、探頭式(用于構(gòu)件表面的局部檢測)，以及插入式(用于管孔的內(nèi)部檢測)3種[5]。本次運(yùn)用的探測線圈是探頭式(見圖1)，檢測裝置主要由探頭和主機(jī)兩部分組成，結(jié)構(gòu)較簡單，攜帶方便，適用于各種場合。

圖1 探頭式的探測線圈

關(guān)于檢測焊縫的探頭，為檢測鐵磁性焊縫，必須運(yùn)用特殊設(shè)計的探頭，探頭組件應(yīng)該是差分的，正交的，相切的或相等的，其特性不受焊縫和焊縫熱影響區(qū)中導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率和提離效應(yīng)變化的影響。探頭的直徑應(yīng)參考被檢工件的尺寸選擇，這樣的探頭應(yīng)能夠在涂以一層薄的非金屬耐磨材料的工作表面檢測。探頭的工作頻率范圍應(yīng)在100 kHz～1 MHz之間。

2 模擬對比試驗(yàn)

2.1 模擬對比方案

為了驗(yàn)證渦流探傷在已涂裝焊縫上的檢測效果，根據(jù)某船型的現(xiàn)場實(shí)際情況制定了模擬對比試驗(yàn)方案。儀器應(yīng)該能夠檢測出，具有相應(yīng)于待檢工件預(yù)期最大涂層厚度相關(guān)標(biāo)定塊中 1 mm的人工缺陷，儀器能夠使它的信號幅度達(dá)到全屏。

在具有同樣涂層厚度的同一標(biāo)定試塊中，1個0.5 mm深人工缺陷的信號幅度至少為1 mm人工缺陷的50%,信噪比至少3∶1，選定的探頭必須滿足這2個要求，并應(yīng)該在相關(guān)的試塊上得到驗(yàn)證，若不滿足此要求，不能進(jìn)行檢驗(yàn)。

對同樣的試件進(jìn)行兩種方法的盲測，即MT檢測作為標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)人員對試件檢測并記錄結(jié)果，然后讓具備ET操作資質(zhì)的人員在不了解MT檢測結(jié)果的情況下開始檢測，最后將MT和ET檢測結(jié)果對比。

以MT檢測結(jié)果對比標(biāo)準(zhǔn)，如果ET能夠發(fā)現(xiàn)不小于試件主要缺陷數(shù)量且位置正確，但不能發(fā)現(xiàn)較MT之外的惡性缺陷(例如：裂紋)，即只要發(fā)現(xiàn)1條不存在的惡性缺陷則判定ET不具備檢測已經(jīng)涂裝狀態(tài)下的吊耳焊縫質(zhì)量。

2.2 試驗(yàn)步驟

1)模擬試樣準(zhǔn)備。結(jié)合實(shí)船情況，整船吊耳總數(shù)約1 100只，負(fù)載噸位從0.5～12.5 t，其中1、2、3、5 t的吊耳共812只，約占總數(shù)的74%。這些吊耳自身的板厚分別為15、20、25、32 mm，材質(zhì)為A級鋼。考慮到實(shí)際操作方面，選取了材質(zhì)A級鋼，20 mm厚鋼板作為試樣鋼板板厚。吊耳與船體結(jié)構(gòu)的焊接形式一般分為2種：角接、搭接,見圖2。

圖2 吊耳與船體的焊接形式

在標(biāo)定試塊上應(yīng)有0.5、1、2 mm深度的凹陷槽，深度誤差應(yīng)該是±0.1 mm,建議凹陷槽的寬度應(yīng)該是≤0.2 mm。

綜合以上考慮，制作4塊吊耳試樣板，其中2塊試樣為焊縫角接形式，另外2塊試樣為焊縫搭接形式。并在2塊不同焊縫搭接形式的樣板上同時刻造：1條橫向裂紋、1條縱向裂紋、密集氣孔3種類型常見缺陷,見圖3。

圖3 制作的試樣

2)MT檢測。根據(jù)MT檢測程序?qū)χ谱鞯脑嚇雍缚p進(jìn)行MT檢測，并詳細(xì)記錄缺陷位置及長度等信息，并拍照保存以便與ET試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，見圖4。

圖4 MT缺陷檢測

3)樣品涂裝。實(shí)船吊耳位置分布較廣，有壓載艙，貨油艙，污油艙，上層建筑，機(jī)械處所等，每個區(qū)域使用的油漆種類不同，而且規(guī)定的油漆厚度也不相同，其各種油漆配套較為復(fù)雜。根據(jù)ET的工作原理，經(jīng)過綜合考慮選擇了采用ET檢測方法下最為惡劣的涂層配套，也就是金屬成分較多的油漆intershield300。

根據(jù)實(shí)際船舶的油漆技術(shù)規(guī)格書要求，選擇油漆干膜厚至少大于450 μm的厚度要求，按照實(shí)際技術(shù)要求對試板進(jìn)行涂裝，在油漆施工結(jié)束后，實(shí)際膜厚約800～1 000 μm，滿足實(shí)船技術(shù)規(guī)格書和常規(guī)船舶建造膜厚的要求，并且具備一定的裕度,見表1。

4)ET檢測。根據(jù)渦ET測試程序?qū)σ淹垦b

表1 試樣油漆膜厚測量結(jié)果 μm

的試樣焊縫進(jìn)行ET檢測，標(biāo)記檢測結(jié)果，見圖5。

5)模擬試驗(yàn)結(jié)論。將ET和MT檢測結(jié)果進(jìn)行綜合對比，結(jié)果如圖探傷報告和表2。

試驗(yàn)結(jié)論如下。

①油漆含有金屬成分的情況下，不影響ET的檢測結(jié)果。

②ET檢測能夠高靈敏度識別出預(yù)埋的主要常見焊縫表面缺陷，如橫縱向裂紋和氣孔。

圖5 ET檢測結(jié)果示例

③焊縫打磨光順處理消除焊道重貼凹槽的情況下，ET不存在過報告情況。

④漆膜厚度從800～1 000 μm不同厚度對ET檢測的測試結(jié)果沒有影響。

表2 ET和MT檢測結(jié)果綜合對比 μm

3 實(shí)船應(yīng)用及綜合優(yōu)勢分析

本次實(shí)船總共1 105只吊耳，采用兩種焊接形式，分布于壓載艙、貨油艙、污油艙、生活樓和機(jī)艙等區(qū)域，涂裝配套膜厚從150～700 μm。

在實(shí)船應(yīng)用中，總共ET檢測212個吊耳，這些吊耳位于機(jī)艙機(jī)械處所、貨油艙高處無腳手區(qū)域、生活樓外壁和煙囪外壁等區(qū)域，受制于物資及船塢工期的影響，這些區(qū)域的吊耳在分段階段時因工序需要已經(jīng)完成涂裝。因工期緊、任務(wù)重、交叉作業(yè)多，使得吊耳后階段的試驗(yàn)和探傷存在很大壓力，如果仍然使用傳統(tǒng)MT檢測，將會耗費(fèi)時間成本和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行腳手架搭設(shè)、打磨去除油漆、打磨去除耦合劑、油漆修補(bǔ)等工作。但使用ET檢測將不需要打磨工作及修補(bǔ)油漆工作，特殊位置也可以安排具有蜘蛛人資質(zhì)的檢測人員實(shí)施檢測。

以1個距施工地面10 m高且分散在不同區(qū)域的典型吊耳為對象，對比ET和MT檢測耗費(fèi)工時，見表3。

表3 ET和MT檢測對應(yīng)耗費(fèi)工時的情況 h

綜上所述，ET應(yīng)用于涂裝狀態(tài)下吊耳拉力試驗(yàn)的無損檢測方式，可以很好地避免涂裝的重復(fù)施工，減少涂裝打磨工作量以及環(huán)境的污染，降低工人患粉塵職業(yè)病的風(fēng)險，節(jié)約涂料，有效地縮短施工周期，減少各工種交叉作業(yè)時間，進(jìn)一步降低船舶的建造成本并促進(jìn)生產(chǎn)建造進(jìn)度。

4 結(jié)論

結(jié)合船舶吊耳焊縫質(zhì)量檢測，通過模擬對比試驗(yàn)充分證明ET在吊耳角焊縫已經(jīng)涂裝狀態(tài)下表面缺陷檢測的靈敏性、有效性、高效性。渦流探傷(ET)的應(yīng)用可以作為吊耳涂裝工序前移的技術(shù)支撐。在此基礎(chǔ)上建立了一套新的檢測工藝標(biāo)準(zhǔn)，提出了對于已經(jīng)涂裝的焊縫的缺陷檢測方法，并通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究對其進(jìn)行驗(yàn)證。對船舶建造成本節(jié)約和提高建造進(jìn)度有很大作用。渦流探傷技術(shù)未來可考慮逐步推廣應(yīng)用到自動焊角焊和對接焊縫的檢測，特別是船舶二次進(jìn)塢維修或者售后服務(wù)維修，規(guī)定在一定的營運(yùn)周期必須完成，多數(shù)需要檢測的焊縫已經(jīng)涂裝，為了提高維修進(jìn)度，減少因涂裝進(jìn)行反復(fù)施工，降低對環(huán)境的污染，對已經(jīng)涂裝的焊縫可以采用ET檢測焊縫，可創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在船舶領(lǐng)域有日益廣闊的應(yīng)用前景。