TKY管节点UT检测专家系统研究

摘 要：海上平台管节点的型式多种多样，主要包括TKY管节点，其焊缝坡口形状连续变化，焊缝截面的形状随着其相贯线上的位置不同不断变化，同时无论在主管还是在支管侧探伤，其探测面为曲面，并且其曲率不断变化，这一切都对超声波检测带来了诸多特殊困难。目前，T、K、Y管节点焊缝的探伤采用的方法是作图法，但这种方法检测工作繁琐，工作量大，检测效率低。本课题在国内外技术调研和本单位前期TKY管节点焊缝检测研究的基础上，提出开展管节点超声波探伤专家系统研制课题。通过该专家系统研究不仅为海上平台的安全运行提供坚实的安全技术保障，也提高了海上平台检测效率，从而提高了整个平台施工效率，也有利于降低平台制造成本。

关键词：KTY关节点;超声波;专家系统

1 前言

无论是海上固定式平台还是海上移动式平台，海洋工程结构的型式一般都非常复杂;其中，导管架管节点焊缝的结构就更为复杂。这些管节点一般都处于若干构件的交接处，结构复杂、应力集中，往往是整体结构中最为重要的特殊构件。同时，管节点大都由具有6GR资格证的焊工通过手工焊接而成，由于施焊困难，且大多数的作业在露天和高空进行，容易产生焊接缺陷，故对管节点焊缝的检测意义重大，各国规范都要求对其进行超声波检测。目前我国海上平台管节点检测也主要采用了超声波检测。当前急需一种现场操作简单、可靠稳定、能快速对焊缝进行评判的超声波检测方法，以替代目前手工作图、计算量大、效率低、检测结果不可靠的管节点焊缝超声波检测技术，为海上平台的安全运行奠定坚实的基础。

2 研究内容

2.1知识库建立

本课题主要研究TKY管节点知识库的建立、数据采集系统及数据库构建与实现、数据分析与处理、系统软件重点算法研究与实现和检测结果的格式化、标准化。涉及到不同的计算时，采用适当的方式，对应变量和自变量之间的关系采用函数拟合，并对函数与实测值进行比较，选中最佳的函数，并固化到知识库中。我们知道，在TKY管节点超声波探伤中，对一个确切的焊口，其不变的量是主管外径di、壁厚ti、支管外径dn、壁厚tn、主支管夹角θ，而两面角ψ和坡口角度φ是随焊缝不同位置连续变化的，结合相关标准，可将此两个参数与不同位置间建立其函数关系，即随坐标点（x y z）变化，这两个参数是变化的，但对每一确定的坐标点，其参数是确定的。也可根据经验，将原来所有已知管节点的实际情况，对不同位置的参数输入到知识库中，供检测时调用。检测过程中，扫查時探头始终是垂直相贯线，这样探头中心线与管道中心线的夹角不断变化，其声程修正系数也不断变化，需要建立声程修正系数与位置的函数关系，通过编程固化到计算机中去;同时由于位置不同，探头与管道中心线夹角不同，导致耦合不同，故不同部位的耦合不一致，也应建立耦合自动补偿系统。在知识库中还要建立对有用波形的自动识别和干扰波的自动排除相关程序，同时，根据里波理论，对任意位置出现的回波，只要输入了其坐标点位置，即可判定其是否属于里波，对于非里波则不再做考虑，即需要通过计算机建立里波判定法则;建立缺陷判定法则。

2.2数据采集及数据库

在普通的数字超声波检测仪器的基础上增强其数据采集功能，利用惯常的做法对焊缝实施扫查，对扫查过程中的回波能自动记忆回波高度和回波至探头的距离，对探头点的位置则通过询问的方式手动输入，通过连续的A扫描将采集到的所有超过一定幅值的回波记录在数据库中;在数据库中固化有相关标准中的数据，如判定等级的数据，也需要建立各种报告格式对应的子数据库和探伤工艺自动选择数据库，当然也可将各种动态波形储存在数据库中供分析、处理时调用。

2.3数据分析、处理

系统由三大部分组成，数据采集功能增强的全自动数字超声波硬件系统、数据处理软件系统、图像处理软件和数据库系统、焊缝检测结果输出系统。通过编制的软件对采集的回波信号进行分析，剔除无用信号，对相关回波进行处理，根据判定法则（相关标准确定的合格限度）对回波进行判定，属于超标缺陷的，除要判定其波幅外，还要判定其具体的位置，给出是否需要进一步定性的信息供检测人员参考。

2.4检测结果

检测结果应能方便地生成检测原始记录和检测报告，并能随时查阅、打印、传递，在报告系统中能自动生成缺陷波所在位置的截面图，并自动绘出回波几何声程图，可以模拟出实际使用的各种角度的探头极限位置图，采用合适的显示标识出死区部位。

2.5软件开发

选择合适的语言开发出适合本专家系统的软件，并对原有数字超声波软硬件系统进行适当改动，增强其功能，使现场能对回波进行初步判定和位置标识。通过分析海上平台管架TKY型焊接剖面构成要素，不变量如：主管外径di、壁厚ti、支管外径dn、壁厚tn、主支管夹角θ等，变量如：两面角ψ和坡口角度φ，通过对应变量和自变量之间的关系采用函数拟合，并对函数与实测值进行比较，选中最佳的函数，并固化到知识库中。

3 结束语

通过具体加工各类KTY导管架焊接剖面试块，结合系统仿真软件CATIA对所建立的函数库进行验证，达到了很好的匹配效果。T K Y管接节点结构是海洋平台工程最重要的结构形式，其焊缝结构复杂、繁琐，焊缝中缺陷的确定难度大，是海洋结构物结构损伤、使用寿命及安全性的主要影响因素。该专家系统主要的功能是通过在数字超声波探伤仪中集成专家系统，替代目前人工作图、计算量大、在频繁作图过程中容易产生失误导致误判或漏检的传统管节点焊缝超声波检测技术，以提高缺陷检测的效率和精确度。TKY管节点UT检测专家系统的研究已列入国家海洋平台安全检测技术的重要研究项目，属于优先发展的海洋工程检验、检测的应用技术，投入实际生产后，将极大的提高检测效率，也将弥补国内在实现TKY管节点UT检测自动化、客观化和科学化的空白，相关技术将处于国内领先地位。

参考文献

[1]谢雨田，车德顺，廖嘉，朱毅.利用软件辅助TKY焊缝的超声检测.南昌航空大学学报，2012

[2]封盛  翟钢军  徐发淙.导管架海洋平台结构模糊优化设计.工程力学，2010

作者简介：

赵洪波（1979-），男，山东东营人，硕士研究生，中石化胜利海上石油工程技术检验有限公司，生产办主任，研究方向：无损检测技术。