渦流探傷在焊縫涂裝狀態下質量檢測的應用

蔡文，薛鋒，靖婧，梁小平

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

船舶海洋工程產品，一般都會配置用于設備維修保養的吊耳或吊梁。根據技術規范的要求，這些吊耳都必須進行拉力試驗以檢測其負載能力，在拉力試驗前后，必須對其焊縫進行無損檢測。對于未涂裝的焊縫一般采用磁粉探傷技術或超聲波探傷技術。對于已涂裝的焊縫，需要經過復雜的前處理之后才能夠采用磁粉探傷技術，這樣檢測方法需要大量不同工種之間密切配合，一旦一個環節出現問題就會影響最終測試結果，因此急切需要一種新技術對已涂裝焊縫進行高效檢測。渦流探傷技術是一項應用廣泛的無損檢測技術，作為一種簡單高效的表面無損檢測方法。目前渦流檢測技術已廣泛用于航天、航空領域中金屬構件的檢測，但在船舶行業應用較少。基于渦流探傷技術的工作原理，可初步判斷其可用于涂層狀態下的吊耳焊縫質量檢測。通過大量模擬對比試驗發現渦流探傷技術對已涂裝焊縫可以實現快速準確檢測。

1 渦流探傷簡介

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

ET適用于導電材料，包括鐵磁性和非鐵磁性金屬材料構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件緊密接觸，也不用在線圈與構件間充滿藕合劑，容易實現檢驗自動化。渦流檢測可在高溫、薄壁管、細線、零件內孔表面等其他檢測方法不適用的場合實施檢測[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(用于構件表面的局部檢測)，以及插入式(用于管孔的內部檢測)3種[5]。本次運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兩部分組成，結構較簡單，攜帶方便，適用于各種場合。

圖1 探頭式的探測線圈

關于檢測焊縫的探頭，為檢測鐵磁性焊縫，必須運用特殊設計的探頭，探頭組件應該是差分的，正交的，相切的或相等的，其特性不受焊縫和焊縫熱影響區中導電率、導磁率和提離效應變化的影響。探頭的直徑應參考被檢工件的尺寸選擇，這樣的探頭應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在100 kHz～1 MHz之間。

2 模擬對比試驗

2.1 模擬對比方案

為了驗證渦流探傷在已涂裝焊縫上的檢測效果，根據某船型的現場實際情況制定了模擬對比試驗方案。儀器應該能夠檢測出，具有相應于待檢工件預期最大涂層厚度相關標定塊中 1 mm的人工缺陷，儀器能夠使它的信號幅度達到全屏。

在具有同樣涂層厚度的同一標定試塊中，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，并應該在相關的試塊上得到驗證，若不滿足此要求，不能進行檢驗。

對同樣的試件進行兩種方法的盲測，即MT檢測作為標準，專業人員對試件檢測并記錄結果，然后讓具備ET操作資質的人員在不了解MT檢測結果的情況下開始檢測，最后將MT和ET檢測結果對比。

以MT檢測結果對比標準，如果ET能夠發現不小于試件主要缺陷數量且位置正確，但不能發現較MT之外的惡性缺陷(例如：裂紋)，即只要發現1條不存在的惡性缺陷則判定ET不具備檢測已經涂裝狀態下的吊耳焊縫質量。

2.2 試驗步驟

1)模擬試樣準備。結合實船情況，整船吊耳總數約1 100只，負載噸位從0.5～12.5 t，其中1、2、3、5 t的吊耳共812只，約占總數的74%。這些吊耳自身的板厚分別為15、20、25、32 mm，材質為A級鋼。考慮到實際操作方面，選取了材質A級鋼，20 mm厚鋼板作為試樣鋼板板厚。吊耳與船體結構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

在標定試塊上應有0.5、1、2 mm深度的凹陷槽，深度誤差應該是±0.1 mm,建議凹陷槽的寬度應該是≤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MT檢測程序對制作的試樣焊縫進行MT檢測，并詳細記錄缺陷位置及長度等信息，并拍照保存以便與ET試驗結果進行對比，見圖4。

圖4 MT缺陷檢測

3)樣品涂裝。實船吊耳位置分布較廣，有壓載艙，貨油艙，污油艙，上層建筑，機械處所等，每個區域使用的油漆種類不同，而且規定的油漆厚度也不相同，其各種油漆配套較為復雜。根據ET的工作原理，經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。

根據實際船舶的油漆技術規格書要求，選擇油漆干膜厚至少大于450 μm的厚度要求，按照實際技術要求對試板進行涂裝，在油漆施工結束后，實際膜厚約800～1 000 μm，滿足實船技術規格書和常規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。根據渦ET測試程序對已涂裝

表1 試樣油漆膜厚測量結果 μm

的試樣焊縫進行ET檢測，標記檢測結果，見圖5。

5)模擬試驗結論。將ET和MT檢測結果進行綜合對比，結果如圖探傷報告和表2。

試驗結論如下。

①油漆含有金屬成分的情況下，不影響ET的檢測結果。

②ET檢測能夠高靈敏度識別出預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檢測的測試結果沒有影響。

表2 ET和MT檢測結果綜合對比 μm

3 實船應用及綜合優勢分析

本次實船總共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、生活樓和機艙等區域，涂裝配套膜厚從150～700 μm。

在實船應用中，總共ET檢測212個吊耳，這些吊耳位于機艙機械處所、貨油艙高處無腳手區域、生活樓外壁和煙囪外壁等區域，受制于物資及船塢工期的影響，這些區域的吊耳在分段階段時因工序需要已經完成涂裝。因工期緊、任務重、交叉作業多，使得吊耳后階段的試驗和探傷存在很大壓力，如果仍然使用傳統MT檢測，將會耗費時間成本和經濟成本進行腳手架搭設、打磨去除油漆、打磨去除耦合劑、油漆修補等工作。但使用ET檢測將不需要打磨工作及修補油漆工作，特殊位置也可以安排具有蜘蛛人資質的檢測人員實施檢測。

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

表3 ET和MT檢測對應耗費工時的情況 h

綜上所述，ET應用于涂裝狀態下吊耳拉力試驗的無損檢測方式，可以很好地避免涂裝的重復施工，減少涂裝打磨工作量以及環境的污染，降低工人患粉塵職業病的風險，節約涂料，有效地縮短施工周期，減少各工種交叉作業時間，進一步降低船舶的建造成本并促進生產建造進度。

4 結論

結合船舶吊耳焊縫質量檢測，通過模擬對比試驗充分證明ET在吊耳角焊縫已經涂裝狀態下表面缺陷檢測的靈敏性、有效性、高效性。渦流探傷(ET)的應用可以作為吊耳涂裝工序前移的技術支撐。在此基礎上建立了一套新的檢測工藝標準，提出了對于已經涂裝的焊縫的缺陷檢測方法，并通過理論分析和實驗研究對其進行驗證。對船舶建造成本節約和提高建造進度有很大作用。渦流探傷技術未來可考慮逐步推廣應用到自動焊角焊和對接焊縫的檢測，特別是船舶二次進塢維修或者售后服務維修，規定在一定的營運周期必須完成，多數需要檢測的焊縫已經涂裝，為了提高維修進度，減少因涂裝進行反復施工，降低對環境的污染，對已經涂裝的焊縫可以采用ET檢測焊縫，可創造出巨大的經濟效益，在船舶領域有日益廣闊的應用前景。