构件裂纹扩展速率,决定着整个结构的寿命。初始缺陷对裂纹的扩展速率有明显的影响,而初始缺陷是与规定的标准规范和无损检测方法的可靠性密切相关的。
众所周知,影响无损检测可靠性的因素主要有两个方面。一是人为影响因素:①检验人员的技术水平、操作技能和知识水平;②操作者的责任心;③操作时的身体状况。二是客观因素:①仪器设备、器件的影响;②工作环境;③探测的方法、标准、材料特性、缺陷的形式、位置等,都会对检测结果产生影响。为了使检验结果更具有代表性,我们在工作中对以上诸因素都尽可能地考虑周到,下面介绍我们具体的研究情况。
1模拟试块的设计和制作
这项研究的一项重要内容是制造一些已知长度和深度的缺陷。就是模拟真实条件制备一定数量含不同形状缺陷的试件。所谓模拟,主要是保证试件在材料、光洁度、缺陷形式要与真实缺陷尽可能一致。我们选择了海洋平台用钢A537材料,并选择了具有代表性的25.4 mm厚的钢板作为试块用钢。海洋平台结构的薄弱环节是节点的焊缝处,所以制造缺陷时以焊缝中的缺陷为主要模拟对象。
大家都知道,焊缝中存在着气孔、夹渣、未焊透、裂纹等多种缺陷。但又可以分为两类:一种为体状缺陷,如气孔、夹渣;另一种为面状缺陷,如未焊透、裂纹等。而面状缺陷又是最危险的缺陷。在断裂力学中,一般把面状缺陷作为裂纹来处理。因此,把面状缺陷作为主要研究对象。
在实际焊缝中制造所需要长度、深度的线状缺陷是一件十分困难的事,尤其是还要把缺陷尺寸控制在一定的精度范围内,更加困难。为此,我们决定在母材上加工缺陷,以便达到设计已知缺陷的目的。
方法确定了,加工缺陷长度、深度范围仍然是一个十分重要的问题。缺陷太大,无法确定漏检情况,缺陷太小,又检测不出来,同样会造成实验失败。为此,我们翻阅了许多资料,适当地选择了缺陷范围,大部分缺陷的尺寸选择在可能发现,也可能发现不了的区域,同一范围的缺陷在3个以上,以提高数据的可靠性,并获得较好的拐点。为了保证漏检曲线的完整性,我们也制作了一些较大的和较小的缺陷。为了克服操作人员在实验时希望更多地发现缺陷的心理,我们把相当数量的无缺陷试块混合在有缺陷的试块中,一起进行探测,并把这种情况告诉检验者。
在制作试块时,缺陷的尺寸是一个十分重要的因素,关系到整个试验工作的准确性。为此,在加工试块缺陷的过程中做了十分详细的记录。对加工好的缺陷又反复进行测量、验证,使缺陷的尺寸尽可能精确地反映出来。
对超声波探伤来说,工件表面的光洁度是影响结果的重要因素。在探伤现场,我们看到,操作人员都没有打磨,使用耦合剂直接在焊缝附近的母材上进行探伤。我们的试块在探伤面也没有进行任何加工。
所有试样外观保持一致,表面上没有任何明显的差异。总而言之,设计的试样要做到探伤者不能直接看到缺陷,又要保证在提供的探测范围内都可以探测到。
试样加工好以后,使用什么样的探测标准也是一个十分重要的影响因素。我们使用的是国内平台制造厂普遍使用的标准,即美国石油学会制定的API-RP-2X标准。在实验过程中,我们也曾使用了JB1152-82标准和GB827-75标准进行验证。
2试验数据的获得
试件加工好以后,要进行探测,首先考虑的是克服影响无损检测可靠性的两个因素。我们选择了多种型号的仪器。如国内广泛使用的CTS-22型、CTS-8C型、德国的USIP-11型、ZMT型和日本的FD-410F型等机型。因受工作环境影响,仪器不可能拿到现场探测,但为了能体现真实现场水平,我们规定了探测的时间。
为了保证探测数据的随机性、独立性和准确性,并具有一定的技术水平,我们对探测人员提出了如下要求:
所有参加的探测人员都必须单独进行探测,不许讨论、不许交流信息。
参加检测的人员必须有Ⅱ级以上探伤资质资格,并以出示的证书为凭。
3检测结果的统计处理
将裂纹的深度和面积分成若干相等的区间,将检测数据分别归入相应的区间,用区间的端值代表该区间所有裂纹的深度或面积。然后,对每个区间的裂纹进行概率估算。方法如下:每一次对裂纹的检测可看作一次随机试验,其结果可能只有两个,裂纹被检出或未被检出。设前者的概率P=(D/α)=P,后者的概率为PL(D/α)=q=1-P。这样,对同一深度或面积区间裂纹的几次独立检测,其检出裂纹数S服从二项式分布,即:
其中P是未知的,它的点估计为P=Sn/n。但为了保险起见,常常还要求按规定的置信水平1-α,求出P的置信下限。PL应满足概率的条件为:
由于一般累积二项分布表都只列到n=30为止,不能满足要求,故通常采用近似的方法。利用F分布函数表,采用下面较精确、简单化的公式计算,满足上式的PL值。
按近150人检测结果进行统计处理,表1为裂纹按深度统计的情况;表2为按面积统计的情况。
根据对各个裂纹深度或面积区间检测数据的统计分析结果,在坐标纸上作图,即可以得到漏检概率的曲线。见图1、图2。
4结论
从试验结果统计分析表明:
(1)检出率随裂纹深度增加而提高,当裂纹深度在1 mm~1·5 mm时,检出率约50 %;而当裂纹深度大于3·5 mm时,检出率可达85 %以上,说明无损检测方法对较小的裂纹漏检的可能性大;而对较长较深的裂纹,在定位和缺陷大小的测量上都有较高的准确性。
(2)面积缺陷检出率随裂纹面积增大总体呈提高趋势,其中当裂纹面积大于5 mm2时,检出率随裂纹面积增大呈明显上升趋势;当裂纹面积大于35 mm2时,漏检率几乎为零。
(3)我们也采用了不同标准进行了比较,由于这些标准的灵敏度不同,在实验室条件下,有充裕的时间仔细检查,是能找出其差别的。如果在情况复杂的现场进行实际检验也可检测出缺陷,漏检情况差别并不大,这主要取决于人的影响因素。
本文作者：吕迎玺
