水下超声波探伤技术初探.docx
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水下超声波探伤技术初探
水下超声波探伤技术初探
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I伸2卑12月
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Vo1.14No.12
Dec.1992
jo一州,水下超声波探伤技术初探
上海救精局许研所整窒垄TC1l11『.z
摘要夼拓了水丁超声波撂伤方法,特点域厦存在的问题
主题词整点堕.坐工堡笪,塑熊拍
lTlALUDoNUDERWATERI】rRASoNICISPECTIo
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CR~search&DevelopmentDcpt-,ChinttOceoaEr*i~ritmServicesLTD..Shangl~1）
AbstractUnderwaterultrasonici~pcctionisdescribedinctudittgitscha瑚ct盯isticsandpx-oblen~
e耐st甜.
水下无损检测技术是随着近海石油工业的崛起而
爱屣起来的新技术.近年来,由于近海设施,诸如海
瘴管道,生产平台等的急剧增加,如何保证近海设施
的安全运行显得十分重要.目前,广泛采用的水下无
损i睦飒f方法主要有:
目视检验法,磁粉探伤法,超声
披测厚和超声波探伤等.
l水下无担捡潮的特点
水下无损检罚j必须由谢练有索的潜水员柬完成.
实践证明,大多数常规水上无损检测方法在经过探伤
设备改造和探伤工艺改进后,都能在水下应用.水下
无损检测具有以下特点:
1.1探伤作业条件恶劣,工艺复杂
水下探伤作业的条件为四级风,三级浪,浪高小
于lm,流速小于0.3m/s,水下能见度不小于3”~5m.
1.2水下无掼捡j嘲设备的特殊兽求
用于水下无损检测的{殳各,除必须具备常规的探
伤功能外,还必须密封耐水,耐压,耐腐蚀,具有一
定的强度;同时,又必须便于潜水员操作.
1.3探潮表面加工困难
由于在各种海洋结构中腐蚀情况比较严重,且常
附着大量坚硬的海生物囡J}匕,挥测面加工比较困难
通常利用高压喷水抢,水下液压砂轮等工具进行探测
面加工.
j水下趋声波探伤的初步研究
水下超声波探伤是检测水下钢结构内却缺陷的有
数手段之一.承下超声波探伤与常规趣声波撵伤原理
弱同,与其它水下无损捡强I方法相比,是较为复杂的
一
种探伤方法.水下超声波探伤主要存在以下4个问
探伤仪和探头的耐压承寝同题:
耨面蛆工达不
“n,
到预定效果时,如何保证探伤质量问题;由于探伤环
境发生变化,而Bf起探砌结果变化问题;缺陷定位,
定量问题.
2.1探侥仪和探头的承密耐压
水下超声波探伤仪是由通甩的探伤仪,经密封处
理后,直接用于水下的.对水下超声波探伤仪除要求
仪器壳体耐压,仪器面板静密封和接插件水密外,更
为关键的是解丧好水下探伤仪各调节旋钮的动密封问
题,既要保证密封可靠,又要调节手感良好,操作轻
便.我们设计了不同的动密封结构形式.选用了不同
的密封材料.另外,对采用”0彤圈密封的结构,考
虑到”卡夫—焦耳效应”,设计加工了一系列不同轴径尺
寸的旋转轴,以便选择最佳时”o”形圈外径压缩率.
还专门设计了一台试验装置,试验表明,”o”形圈双
重密封是最理想的动密封形式（见图1）,o”形圈内
径尺寸比轴径六2.0～3.7,外径压缩率W=4~8.
图1动密封示意图
水下超声波探头的关键是接插件（探头电境与探
伤仪联接部件）的水密,探头的耐压以及压力对探头电
器性能的影响.为此,我们对进口的水密接插件进行了
x射线拍片解剖和仿制.试验表明,仿制产品水密效
果麈好,选到了国外同类产品的水平.另外,为了保证
探头的耐压防水.设计了探头曲谳压壳体.在探头昆部
1寸
表1水下超声波探头加压试验数据
折射角（‘）蟠60TB
探头国产德制国产德制国产德制
压力（kg/cm’常压3常压3常压3常压3常压3常压3
探头前甜（mm）l62161T1T15151413.6lT1T12.T13
宴测折射角（‘）43643343.T43.T585845g58.TTO.3T0.gT0.4TO2
灵lIIW试块RlOOmm（dB）60645BBOBO56605660645656
曲面（）808095T86260646080808084
分辨率（dB）34383032201816162624l6lB
试验耐,耦合剂为水,声轴偏向角d（.）.由于条昝限制,只完成了模拟30m水深的压力试验
和空腔内部灌注了环氧树脂,并用掾皮护套保护,以
防海水进入探头空腔内部,影响电器性能（见图2）.
加压试验表明（载人,3kg/cm,枢当于30m水深;无人.
6.8kg/cm,相当于68m水深）,这一方法是成功的.大
家知道,水下深度每增加lore,压力将增加1虹/cm..因
此,在常压和一定压力下,探头各项性能指标是否一
致是至关重要的.我们在加压仓内.模拟30m水深
（3kg/em压力）,对探头进行常压和啦g/cm怔力下的
比较涮试.结果表膊,在3kg/cm.压力下,探头的折射
角灵敏度和分辨率等各项指标与常压是一致的（见表
1）.
圈2水下超声渡探头结构示意图
2.2探测表面的加工
为了保证良好的声耦台,通常,工件探测表面须
打磨惨整,要求粗糙度达到丑aI2.5蛐水下探测表面
的加工是比较圃难的,不易保证表面粗糙度的要求.
为此,我们选用了矗块不同表面粗糙度的样板进行补
偿测定,然后根据现场探刊表面的情况,选用不同的
补偿置,以保证探伤的准确性.
2.3作业环境变化弓I起探伤结果的变化
水上超声波探伤太多用性I作耦台剂,水下别用水
怍耦台剂;水上钢板背面是空气,而水下钢板背面是
诛.从表23的探测结果可以看出,同一仪器,同
一
探头检测珂一反射波,水下和水上所得反射波高度
是不同的.这是因为,水上被检件底面接触的是空气,
面水下被检件底面接触的是水.因此,当超声波传至
工件底面时.如果底面接触空气.呈全反射,如果底面
接触水,则部分声波透过界面进入水中,因而造成水
上水下反射波高度的变化.因此,在进行水下超声波
探伤时,对缺陷的定量应引起足够的重视.
表2
型号型垒:
油（水上）6060
水（止下）534g
油（水上）6060
出（水下）4T46
W?
K?
UA60’4唧
W?
K?
UA45.蛐z
表3
堑誊耦台剂波高（嘶）
2.4缺陷的定位和定量
通常,水上焊缝缺陷的定位通过三角运算或专用
映陷定位尺来完成.在水下,这些工作无疑给潜水员
带来极大的困难.另外,由于水下探伤仪托装了水面
罩,使在面板上制作距离波幅曲线不太方便,对欣陷
定量也带来了困难.为了解决这些问题,减轻潜水员
的工作负担,同时,也是为了保证探伤质量,国外已
广泛采用上下同步的超声波探仿系统（见圈3）..通
（下转第343页）.
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.’l?
2在投检壹的特点
在挺检查是在核电站整个运行寿期内反复进行的
无损检查监督过程,以证明运行中的设备尚属完整?
还具有可操作性.事实上在役检查”允许”设备中含有
缺陷,甚至”容忍”这些缺陷能有某种程度的扩展.只
要求在役检查准确可靠地发现这些映陷,能掌握这些
缺瞎的扩展动态,以便核电站控制在安全条件下运行.
因此在役检查要求同一个电站在几十年的运行中所用
的检验方法,设备和检验程序相一致,使结果具有可
比性.
在役检查除在高辐射区执行时需要采用远距离控
制的自动化检验装置外,大置的检验仍以手工探伤为
主,这与制造过程中的无损检测是基本相同的.
由于商用核电站检修时间的限制和检验费用的高
昂,园此不可能在提检查所有的设备或区域,而只重
点检查具有代表蛀的区域——设备或部件的薄弱环
节,印通常认为设备的不连续区域,这包括结构,尺
寸和材科不连续,如焊缝区,设备与接管连接处,弯
头,过渡端等.
在役检查重视那些会扩展并能引起设备破裂的缺
陷,而且特别重视哪些与主应力方向垂直的缺陷尺寸,
位置和分布状态.
在捷检查中,对映陷的评定不只依赖于经验,而
主要依据断裂力学计算和试验证明.对缺陷的处理也
是依据缺陷是否在运行中会扩展,如果铙陷不扩展或
扩展速度不快,足以保证电站安全运行到下一个检验
周期,这掸的设备仍然是可以运行的,这种缺陷也就
是可以允许的.
遗憾的是目前还没有一种无损检测方法能准确测
定出缺陷的大小,取向和状态,为断裂力学分析提供
可靠的数据.因此在役检查要求检验过程严格和检验
人员具有高度的责任心和丰富的经验也要求检验设
备具有较高的灵敏度和良好的重复性.
3在役检壹标准
据目前文献来看,世界上核电站在役检查基本上
都采用与美国ASME弟Ⅲ卷t桉动力装置设备在役橙
查规则,相似的标准.如法国的RSEM~压水堆核岛机
械部件的在役检查规则,,德国的KTA第4部分t轻才c
堆一回路部件重复检验运行监涮,以及日本的.IEAC
4205~轻水堆核电站在役捡查标准,等.
我国目前尚无核电站在役检查的国家标准,正在
准备编制核电站在役检查的行业标准.但是为了满足
秦山核电厂役前检查的需要,上海核工业研究设讨院
与本无损检测中心在对在役检查标准进行了科学论证
之后,制订了”秦山核电厂在役检查无损检验标准”.
该标准已在索山核电厂30万kW核电站的役前检查申
试行了,并已证明该标准有效.合理和易于执行.该
（下转第348页）
（上接第341页）
靠,水面操作人员是由超声波探伤I级资格以上的人
员担任,通过水面探伤仪,可直接了解水下探伤作业
情况,能迅速正确地进行定位定量计算,并且还可借
助潜水电话,指导潜水员进行水下探伤作业目前,
我们正在研制上下同步的超声波探伤系统,采用KS
1010塑数字式智能化超声泣探伤仪作为水面探伤仪,
井通过匹配适台电缆以及水下探伤仪组成了上下同步
的探仿系统.由于KS1010型超声波探伤仪具有自动
判伤,自动报警,自动确定缺陷的当置值,自动定位
和储存等功能,避免了探伤人员的来回换算,使探伤
作业更为便捷.
人员的同时,还必须不断研究开发新的水下无损检澍
3水下无掼挂潮的发晨趋势和前景困3上下同步超声波探仿系统
技术.例如,自动化
撂伤设备,声发射技
术以及利用无人遥控
潜水器（ROvj来完成
水下无损检讽j等.根
据近几年来水下无损
检验和R0v作业的经
验,我认为,发展R0v
进行水下无损检涮的
技术具有十分广阔的
前景国外也正在大
规模地开展这方面婀
研究工作.
水下无损检洳的工作将是十分繁重的.现有的水下无4参考文献
损检测人员,以厦检测方法和设备,远不能满足近梅1夏廷栋等.实用密封技求手册.
黑龙江辩技出朊社.
石油工业日益发展的要求.因此,必须在完善现有的.1985:
21.
水下无损检硼方j击和设备t大力培训合格的潜水检验2云庆华等.’无损探仿.势动出版批l舶2:
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