TKY管節點UT檢測專家系統研究

摘 要：海上平臺管節點的型式多種多樣，主要包括TKY管節點，其焊縫坡口形狀連續變化，焊縫截面的形狀隨著其相貫線上的位置不同不斷變化，同時無論在主管還是在支管側探傷，其探測面為曲面，并且其曲率不斷變化，這一切都對超聲波檢測帶來了諸多特殊困難。目前，T、K、Y管節點焊縫的探傷采用的方法是作圖法，但這種方法檢測工作繁瑣，工作量大，檢測效率低。本課題在國內外技術調研和本單位前期TKY管節點焊縫檢測研究的基礎上，提出開展管節點超聲波探傷專家系統研制課題。通過該專家系統研究不僅為海上平臺的安全運行提供堅實的安全技術保障，也提高了海上平臺檢測效率，從而提高了整個平臺施工效率，也有利于降低平臺制造成本。

關鍵詞：KTY關節點;超聲波;專家系統

1 前言

無論是海上固定式平臺還是海上移動式平臺，海洋工程結構的型式一般都非常復雜;其中，導管架管節點焊縫的結構就更為復雜。這些管節點一般都處于若干構件的交接處，結構復雜、應力集中，往往是整體結構中最為重要的特殊構件。同時，管節點大都由具有6GR資格證的焊工通過手工焊接而成，由于施焊困難，且大多數的作業在露天和高空進行，容易產生焊接缺陷，故對管節點焊縫的檢測意義重大，各國規范都要求對其進行超聲波檢測。目前我國海上平臺管節點檢測也主要采用了超聲波檢測。當前急需一種現場操作簡單、可靠穩定、能快速對焊縫進行評判的超聲波檢測方法，以替代目前手工作圖、計算量大、效率低、檢測結果不可靠的管節點焊縫超聲波檢測技術，為海上平臺的安全運行奠定堅實的基礎。

2 研究內容

2.1知識庫建立

本課題主要研究TKY管節點知識庫的建立、數據采集系統及數據庫構建與實現、數據分析與處理、系統軟件重點算法研究與實現和檢測結果的格式化、標準化。涉及到不同的計算時，采用適當的方式，對應變量和自變量之間的關系采用函數擬合，并對函數與實測值進行比較，選中最佳的函數，并固化到知識庫中。我們知道，在TKY管節點超聲波探傷中，對一個確切的焊口，其不變的量是主管外徑di、壁厚ti、支管外徑dn、壁厚tn、主支管夾角θ，而兩面角ψ和坡口角度φ是隨焊縫不同位置連續變化的，結合相關標準，可將此兩個參數與不同位置間建立其函數關系，即隨坐標點（x y z）變化，這兩個參數是變化的，但對每一確定的坐標點，其參數是確定的。也可根據經驗，將原來所有已知管節點的實際情況，對不同位置的參數輸入到知識庫中，供檢測時調用。檢測過程中，掃查時探頭始終是垂直相貫線，這樣探頭中心線與管道中心線的夾角不斷變化，其聲程修正系數也不斷變化，需要建立聲程修正系數與位置的函數關系，通過編程固化到計算機中去;同時由于位置不同，探頭與管道中心線夾角不同，導致耦合不同，故不同部位的耦合不一致，也應建立耦合自動補償系統。在知識庫中還要建立對有用波形的自動識別和干擾波的自動排除相關程序，同時，根據里波理論，對任意位置出現的回波，只要輸入了其坐標點位置，即可判定其是否屬于里波，對于非里波則不再做考慮，即需要通過計算機建立里波判定法則;建立缺陷判定法則。

2.2數據采集及數據庫

在普通的數字超聲波檢測儀器的基礎上增強其數據采集功能，利用慣常的做法對焊縫實施掃查，對掃查過程中的回波能自動記憶回波高度和回波至探頭的距離，對探頭點的位置則通過詢問的方式手動輸入，通過連續的A掃描將采集到的所有超過一定幅值的回波記錄在數據庫中;在數據庫中固化有相關標準中的數據，如判定等級的數據，也需要建立各種報告格式對應的子數據庫和探傷工藝自動選擇數據庫，當然也可將各種動態波形儲存在數據庫中供分析、處理時調用。

2.3數據分析、處理

系統由三大部分組成，數據采集功能增強的全自動數字超聲波硬件系統、數據處理軟件系統、圖像處理軟件和數據庫系統、焊縫檢測結果輸出系統。通過編制的軟件對采集的回波信號進行分析，剔除無用信號，對相關回波進行處理，根據判定法則（相關標準確定的合格限度）對回波進行判定，屬于超標缺陷的，除要判定其波幅外，還要判定其具體的位置，給出是否需要進一步定性的信息供檢測人員參考。

2.4檢測結果

檢測結果應能方便地生成檢測原始記錄和檢測報告，并能隨時查閱、打印、傳遞，在報告系統中能自動生成缺陷波所在位置的截面圖，并自動繪出回波幾何聲程圖，可以模擬出實際使用的各種角度的探頭極限位置圖，采用合適的顯示標識出死區部位。

2.5軟件開發

選擇合適的語言開發出適合本專家系統的軟件，并對原有數字超聲波軟硬件系統進行適當改動，增強其功能，使現場能對回波進行初步判定和位置標識。通過分析海上平臺管架TKY型焊接剖面構成要素，不變量如：主管外徑di、壁厚ti、支管外徑dn、壁厚tn、主支管夾角θ等，變量如：兩面角ψ和坡口角度φ，通過對應變量和自變量之間的關系采用函數擬合，并對函數與實測值進行比較，選中最佳的函數，并固化到知識庫中。

3 結束語

通過具體加工各類KTY導管架焊接剖面試塊，結合系統仿真軟件CATIA對所建立的函數庫進行驗證，達到了很好的匹配效果。T K Y管接節點結構是海洋平臺工程最重要的結構形式，其焊縫結構復雜、繁瑣，焊縫中缺陷的確定難度大，是海洋結構物結構損傷、使用壽命及安全性的主要影響因素。該專家系統主要的功能是通過在數字超聲波探傷儀中集成專家系統，替代目前人工作圖、計算量大、在頻繁作圖過程中容易產生失誤導致誤判或漏檢的傳統管節點焊縫超聲波檢測技術，以提高缺陷檢測的效率和精確度。TKY管節點UT檢測專家系統的研究已列入國家海洋平臺安全檢測技術的重要研究項目，屬于優先發展的海洋工程檢驗、檢測的應用技術，投入實際生產后，將極大的提高檢測效率，也將彌補國內在實現TKY管節點UT檢測自動化、客觀化和科學化的空白，相關技術將處于國內領先地位。

參考文獻

[1]謝雨田，車德順，廖嘉，朱毅.利用軟件輔助TKY焊縫的超聲檢測.南昌航空大學學報，2012

[2]封盛? 翟鋼軍? 徐發淙.導管架海洋平臺結構模糊優化設計.工程力學，2010

作者簡介：

趙洪波（1979-），男，山東東營人，碩士研究生，中石化勝利海上石油工程技術檢驗有限公司，生產辦主任，研究方向：無損檢測技術。