T、K、Y管节点焊缝超声波检验缺陷的定量技术

T、K、Y管节点焊缝超声波检验缺陷的定量技术T、K、Y管节点焊缝超声波探伤中，缺陷的定量技术，与平板对接焊缝有所不同。（1）缺陷定量与缺陷的判定和缺陷定位相互联系密切，首先判定反射波是否由缺陷造成，然后确定缺陷属于点状、线状还是面状，按缺陷的类型选择定量方法，因此缺陷判定、定位、定量三者没有明显的界限，三者相互验证。（2）缺陷指示长度测量与平板焊缝相比，主要差异在于焊缝呈椭圆曲线状，检测时探头垂直于焊缝延伸方向移动或摆动扫查，将缺陷平面的投影长度作为焊缝线状缺陷指示长度，而不能将曲线长度作为缺陷指示长度。（3）管节点焊缝定量中一般不要求测高（H）如果业主有要求或必须测高，常用20dB法。（4）定量的准备工作：对仪器、探头性能校验，特殊位置焊缝截面图测绘等。缺陷定量的方法有当量法、测长法、测高法。对线状缺陷必须与DAC曲线比较进行当量和测长。7.1缺陷定量的准备工作：7.1.1探伤仪的校准探伤仪必须有计量部门的鉴定合格证书，该仪器应在证书有效期内使用方为有效。探伤仪具体技术指标见3.1.1。7.1.2斜探头性能校准横波斜探头探伤管节点焊缝应选择晶片尺寸小、频率高（2-6MHZ）的探头,折射角度β采用45°、60°、70°三种规格，以相互补充、验证。斜探头及组合性能见3.2。斜探头声束前后、左右半扩散角测量及声束边界的确定CCSI-G-WP005《T、K、Y管节点焊缝超声波检测工作指南》中,2.7.3及Q/HS7007<海上结构建造的超声波检验推荐作法和超声波技师资格考核指南>中的3.4.3(g)波束扩散的测定等都明确规定了测定斜探头前后、左右半扩散角。⑴斜探头前后半扩散角β下、β上或θ下、θ上的测定可在IOW或IIW试块上进行，在IIW试块上测定时，探测φ1.5mm横孔,见图7-1.图7-1斜探头声束上下半扩散角θ上>θ下（a）横波声束纵截面;(b)IIW试块测定β上，β下及探头位置;斜探头上下半扩散角θ上、θ下可以用矩形声探理论公式计算：,实测时………………7-1………………7-2式中:β-折射角;λL1-有机玻璃纵波波长;cL1-有机玻璃纵波声速（2730m/s）;cS2-钢中横波声速(3230m/s);DS-矩形声源边长。对5Z10×10A70斜探头理论计算值：θ上=5.08°，θ下=4.45°实测平均值(指5Z10×10A70斜探头实测情况)：θ上=7.6°、θ下=6°根据实测的β下、β上可以作出斜探头纵向截面20dB声束边界图。该声束纵向边界图，可以定量地提供在不同声程深度上φ1.5横孔前后移动探头的水平距,在探伤中可以迅速筛除未超标缺陷。⑵斜探头左右半扩散角的测定斜探头左右半扩散角或20dB声束边界测定，可在IOW或IIW试块上测定，测定方法是在IIW大平面上探测φ1.5×25柱孔，左右移动探头，水平扩散20dB时，作为声束边界（根据探头平移距离得出声束水平方向声束边界及半扩散角）。水平声束半扩散角，可以提供声束水平截面的不同声程扩散距离，用于二次探伤有效声束宽度法缺陷测长。⑶斜探头纵向分辨力的测定探测面为IOW试块的A面或B面，探测φ1.5的5个小孔。用2.5MHZ,45○探头可分清间距4mmφ1.5小孔,若β增大,步骤不变,区分间距更小的φ1.5小孔就困难了,必须提高频率,如4MHZ以上。分辨力提高，可以帮助探伤人员把节点根部凸出与真正根部缺陷区分开来。IOW试块图样详见Q/HS7007。7.1.3补偿值的测定按APIRP2XA级的对比试块作好不同角度（45°、60°、70°）φ1.6×38、1.6×1.6×38两种反射体DAC曲线，需要考虑灵敏度补偿。在确定探伤灵敏度时，应考虑耦合补偿、材质补偿和曲率补偿三项内容。测定补偿方法见4.5.3。扫查灵敏度为100%DAC+（6～8）dB。在精探伤中，对缺陷进行当量或测长时，在100%DAC基础上，还必须考虑表面耦合、材质及曲率补偿三项。7.2缺陷当量方法7.2.1点状缺陷当量用幅值法图7-2所示为点状缺陷当量方法，考虑了三项补偿后，找到缺陷最大反射波幅。图7-2点缺陷当量示图CCSI-G-WP005《TKY管节点焊缝超声波检测工作指南》附录D之D.2.1规定：FC缺陷，声程Xc,反射波幅低于DAC50%不计；FB缺陷，反射波幅在DAC50%～DAC100%之间，应记录下缺陷当量值：FB=DAC50%+ΔdB；FA缺陷，在DAC100%之上，应记录下缺陷当量值：FA=DAC100%+ΔdB，供以后参考。当量法与平板焊缝缺陷当量相似，只不过反射体形状不同。日本JIS3060反射体为φ4×4mm柱孔；ABS用φ1.2横孔；而API用φ1.6×38横孔或1.6×1.6×38凹槽为反射体。7.2.2线状缺陷的测长法在判定了缺陷反射信号大于DAC50%时，线状缺陷除记下反射波幅外，如条状夹渣、未焊透或未熔合，要精确测长，从而决定是否返修。由于管节点焊缝呈椭圆曲线形状，声束截面相互交叉，测长方法采用传统测长法与作图法相结合，在考虑曲率影响下，常用6dB法。其余方法有20dB法，端部回波峰值法等。（a）6dB（降落）法这种缺陷测长方法是节点焊缝缺陷测长常用的方法。无论是一次还是二次范围探伤到的缺陷，首先使缺陷在声束宽度范围内获得最高波幅，沿焊缝方向移动探头，须保证声束与焊缝延伸方向垂直。在反射波刚要急速下降时，取到两端回波高度下降6dB的基点A和B，然后沿声速截面找到相对应的的M、N，测出两点连线距离MN，即为线状缺陷指示长度L，切不能将A、B两点连线（弧长）作为指示长度，因为与L相差甚大。具体操作见图7-3（a）（b）（c）。图7-36dB法测长（b）20dB（降落）法测长方法的探头移动同6dB法，只不过A点或B点回波与峰值比较下降20dB为基点，20dB法测长，对同一线条缺陷，指示长度L大于6dB法测长的L值。（c）有效声束宽度法该方法是指20dB声束边缘法，在20dB法测长的基础上，减去两端声束宽度之半，作为指示长度。应用该法时，在探伤前要求精确测定探头在水平方向上20dB水平声束折射角，从而测量对应于缺陷处有效声束宽度，该法比20dB法测长要精确，尤其是二次波测长。但是测定有效声束宽度比较麻烦。7.2.3面积状缺陷当量面积状缺陷要求测定长度与高度，长度测定常采用6dB（降落）测长法，高度测量方法有20dB法、端部回波峰值法等，常用的是20dB法测高。见图7-4和图7-5。20dB法测高原理与步骤如下：与20dB声束边缘法类似，利用声束上下扩散角β上、β下测定缺陷上、下端点位置，借助于计算和作图求出缺陷高度。该方法的关键是测定出探头边缘上下声束下降20dB时的θ上、θ下边界或β上、β下。在缺陷截面上，找到最高回波后，调节衰减器使反射波在荧光屏上高度达40%（FSH），而后增益20dB，向前移动探头，当回波高度达40%（FSH），对应探头位置为A，测取A点的参数LA、XA，向后移动探头到B点，回波高度达40%（FSH），测取LB、XB。在一次声程内，A点对应缺陷上端M，B点对应缺陷下端N，M点对应折射角β下N点对应折射角为β上，将探伤面近似为平面，则：本文39页使用的5Z10×10A70斜探头，实测θ上=7.6°,θ下=6°,β上=70°+7.6°=77.6°,β下=70°-6°=64°,因此β下、β上为已知角度。…………7-3式中:对应入射点A：对应入射点B：LA、LB为入射点A、B到焊喉最低点Q的水平距离图7-4一次声程内缺陷测高示图对于节点焊缝，上述方法在几个特殊截面（如0.00点、6.00点及附近）较为精确，大多数位置误差较大，主要是探测面为曲率的影响。图7-5是二次声程内20dB声束法边缘测高示意图。探头在A点用β上探测为M（下端）点（一次波），探头在B点探测为N点（上端），是用β下二次声程探测。lA、lB、XA、XB’、LA、LB各参数的意义参见图示。图7-5二次波测高示意图数学表达式为：……………………7-4二次探伤测得、、dA、dB误差更大，因此，绘制焊缝截面图，要求作图精确。7.3曲率对测高的影响除0.00、6.00几个特殊焊缝截面为平面处，其余探伤面均为椭圆截面，支管曲率较大时，对缺陷测高有较大影响，图7-6及公式7-5～公式7-10是带有曲率的探测面上，缺陷测高的一套方法和公式，可供Ⅱ级人员参考。图7-6探测面为曲率缺陷测高（一次声程）探测面是曲面，最大曲率半径RP：式中：R一支管半径，θC一探头中心线与管周线夹角。那么带曲率探伤面用平面探伤面进行测高计算误差很大。须推导符合曲面探伤测高公式。设A、B两点曲率相同，，曲率中心均在O点。A位置：折射角β下，声程XA，AQ=，在△AMO中，按余弦定理求出………………7-5按正弦定理求θA………7-6B位置：折射角β上，声程XB，QB=，在△BNO中，求出………………7-7………7-8另外，按弧长ΔL求θAB………7-9在△MON中，θ=θA+θAB-θB………………