TKY管節(jié)點(diǎn)UT檢測(cè)專家系統(tǒng)研究

摘 要：海上平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)的型式多種多樣，主要包括TKY管節(jié)點(diǎn)，其焊縫坡口形狀連續(xù)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(shí)無(wú)論在主管還是在支管側(cè)探傷，其探測(cè)面為曲面，并且其曲率不斷變化，這一切都對(duì)超聲波檢測(cè)帶來(lái)了諸多特殊困難。目前，T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫的探傷采用的方法是作圖法，但這種方法檢測(cè)工作繁瑣，工作量大，檢測(cè)效率低。本課題在國(guó)內(nèi)外技術(shù)調(diào)研和本單位前期TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫檢測(cè)研究的基礎(chǔ)上，提出開(kāi)展管節(jié)點(diǎn)超聲波探傷專家系統(tǒng)研制課題。通過(guò)該專家系統(tǒng)研究不僅為海上平臺(tái)的安全運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的安全技術(shù)保障，也提高了海上平臺(tái)檢測(cè)效率，從而提高了整個(gè)平臺(tái)施工效率，也有利于降低平臺(tái)制造成本。

關(guān)鍵詞：KTY關(guān)節(jié)點(diǎn);超聲波;專家系統(tǒng)

1 前言

無(wú)論是海上固定式平臺(tái)還是海上移動(dòng)式平臺(tái)，海洋工程結(jié)構(gòu)的型式一般都非常復(fù)雜;其中，導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)焊縫的結(jié)構(gòu)就更為復(fù)雜。這些管節(jié)點(diǎn)一般都處于若干構(gòu)件的交接處，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)力集中，往往是整體結(jié)構(gòu)中最為重要的特殊構(gòu)件。同時(shí)，管節(jié)點(diǎn)大都由具有6GR資格證的焊工通過(guò)手工焊接而成，由于施焊困難，且大多數(shù)的作業(yè)在露天和高空進(jìn)行，容易產(chǎn)生焊接缺陷，故對(duì)管節(jié)點(diǎn)焊縫的檢測(cè)意義重大，各國(guó)規(guī)范都要求對(duì)其進(jìn)行超聲波檢測(cè)。目前我國(guó)海上平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)檢測(cè)也主要采用了超聲波檢測(cè)。當(dāng)前急需一種現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單、可靠穩(wěn)定、能快速對(duì)焊縫進(jìn)行評(píng)判的超聲波檢測(cè)方法，以替代目前手工作圖、計(jì)算量大、效率低、檢測(cè)結(jié)果不可靠的管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)，為海上平臺(tái)的安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1知識(shí)庫(kù)建立

本課題主要研究TKY管節(jié)點(diǎn)知識(shí)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析與處理、系統(tǒng)軟件重點(diǎn)算法研究與實(shí)現(xiàn)和檢測(cè)結(jié)果的格式化、標(biāo)準(zhǔn)化。涉及到不同的計(jì)算時(shí)，采用適當(dāng)?shù)姆绞剑瑢?duì)應(yīng)變量和自變量之間的關(guān)系采用函數(shù)擬合，并對(duì)函數(shù)與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，選中最佳的函數(shù)，并固化到知識(shí)庫(kù)中。我們知道，在TKY管節(jié)點(diǎn)超聲波探傷中，對(duì)一個(gè)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(xù)變化的，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可將此兩個(gè)參數(shù)與不同位置間建立其函數(shù)關(guān)系，即隨坐標(biāo)點(diǎn)（x y z）變化，這兩個(gè)參數(shù)是變化的，但對(duì)每一確定的坐標(biāo)點(diǎn)，其參數(shù)是確定的。也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將原來(lái)所有已知管節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況，對(duì)不同位置的參數(shù)輸入到知識(shí)庫(kù)中，供檢測(cè)時(shí)調(diào)用。檢測(cè)過(guò)程中，掃查時(shí)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(shù)也不斷變化，需要建立聲程修正系數(shù)與位置的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)編程固化到計(jì)算機(jī)中去;同時(shí)由于位置不同，探頭與管道中心線夾角不同，導(dǎo)致耦合不同，故不同部位的耦合不一致，也應(yīng)建立耦合自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)。在知識(shí)庫(kù)中還要建立對(duì)有用波形的自動(dòng)識(shí)別和干擾波的自動(dòng)排除相關(guān)程序，同時(shí)，根據(jù)里波理論，對(duì)任意位置出現(xiàn)的回波，只要輸入了其坐標(biāo)點(diǎn)位置，即可判定其是否屬于里波，對(duì)于非里波則不再做考慮，即需要通過(guò)計(jì)算機(jī)建立里波判定法則;建立缺陷判定法則。

2.2數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)庫(kù)

在普通的數(shù)字超聲波檢測(cè)儀器的基礎(chǔ)上增強(qiáng)其數(shù)據(jù)采集功能，利用慣常的做法對(duì)焊縫實(shí)施掃查，對(duì)掃查過(guò)程中的回波能自動(dòng)記憶回波高度和回波至探頭的距離，對(duì)探頭點(diǎn)的位置則通過(guò)詢問(wèn)的方式手動(dòng)輸入，通過(guò)連續(xù)的A掃描將采集到的所有超過(guò)一定幅值的回波記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中;在數(shù)據(jù)庫(kù)中固化有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)，如判定等級(jí)的數(shù)據(jù)，也需要建立各種報(bào)告格式對(duì)應(yīng)的子數(shù)據(jù)庫(kù)和探傷工藝自動(dòng)選擇數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)然也可將各種動(dòng)態(tài)波形儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中供分析、處理時(shí)調(diào)用。

2.3數(shù)據(jù)分析、處理

系統(tǒng)由三大部分組成，數(shù)據(jù)采集功能增強(qiáng)的全自動(dòng)數(shù)字超聲波硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)、圖像處理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、焊縫檢測(cè)結(jié)果輸出系統(tǒng)。通過(guò)編制的軟件對(duì)采集的回波信號(hào)進(jìn)行分析，剔除無(wú)用信號(hào)，對(duì)相關(guān)回波進(jìn)行處理，根據(jù)判定法則（相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的合格限度）對(duì)回波進(jìn)行判定，屬于超標(biāo)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(jìn)一步定性的信息供檢測(cè)人員參考。

2.4檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果應(yīng)能方便地生成檢測(cè)原始記錄和檢測(cè)報(bào)告，并能隨時(shí)查閱、打印、傳遞，在報(bào)告系統(tǒng)中能自動(dòng)生成缺陷波所在位置的截面圖，并自動(dòng)繪出回波幾何聲程圖，可以模擬出實(shí)際使用的各種角度的探頭極限位置圖，采用合適的顯示標(biāo)識(shí)出死區(qū)部位。

2.5軟件開(kāi)發(fā)

選擇合適的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出適合本專家系統(tǒng)的軟件，并對(duì)原有數(shù)字超聲波軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改動(dòng)，增強(qiáng)其功能，使現(xiàn)場(chǎng)能對(duì)回波進(jìn)行初步判定和位置標(biāo)識(shí)。通過(guò)分析海上平臺(tái)管架TKY型焊接剖面構(gòu)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(guò)對(duì)應(yīng)變量和自變量之間的關(guān)系采用函數(shù)擬合，并對(duì)函數(shù)與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，選中最佳的函數(shù)，并固化到知識(shí)庫(kù)中。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)具體加工各類KTY導(dǎo)管架焊接剖面試塊，結(jié)合系統(tǒng)仿真軟件CATIA對(duì)所建立的函數(shù)庫(kù)進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到了很好的匹配效果。T K Y管接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)是海洋平臺(tái)工程最重要的結(jié)構(gòu)形式，其焊縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜、繁瑣，焊縫中缺陷的確定難度大，是海洋結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)損傷、使用壽命及安全性的主要影響因素。該專家系統(tǒng)主要的功能是通過(guò)在數(shù)字超聲波探傷儀中集成專家系統(tǒng)，替代目前人工作圖、計(jì)算量大、在頻繁作圖過(guò)程中容易產(chǎn)生失誤導(dǎo)致誤判或漏檢的傳統(tǒng)管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)，以提高缺陷檢測(cè)的效率和精確度。TKY管節(jié)點(diǎn)UT檢測(cè)專家系統(tǒng)的研究已列入國(guó)家海洋平臺(tái)安全檢測(cè)技術(shù)的重要研究項(xiàng)目，屬于優(yōu)先發(fā)展的海洋工程檢驗(yàn)、檢測(cè)的應(yīng)用技術(shù)，投入實(shí)際生產(chǎn)后，將極大的提高檢測(cè)效率，也將彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)在實(shí)現(xiàn)TKY管節(jié)點(diǎn)UT檢測(cè)自動(dòng)化、客觀化和科學(xué)化的空白，相關(guān)技術(shù)將處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

參考文獻(xiàn)

[1]謝雨田，車(chē)德順，廖嘉，朱毅.利用軟件輔助TKY焊縫的超聲檢測(cè).南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)，2012

[2]封盛? 翟鋼軍? 徐發(fā)淙.導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì).工程力學(xué)，2010

作者簡(jiǎn)介：

趙洪波（1979-），男，山東東營(yíng)人，碩士研究生，中石化勝利海上石油工程技術(shù)檢驗(yàn)有限公司，生產(chǎn)辦主任，研究方向：無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。