深海檢測-TKY-講義

TKYJointsUltrasonicTesting蓬萊深海檢測技術(shù)服務(wù)有限公司

PenglaiDeepWaterOceaneeringInspectionServiceCo.,Ltd.

2013任海清主講1.1什么是T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫

TKYScanningTKY管接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)是海洋工程最重要和最常見結(jié)構(gòu)形式，且它在鋼結(jié)構(gòu)的焊縫中也是最為復(fù)雜，其焊縫截面形狀是隨相貫點(diǎn)位置不同而變化，因而難以使用射線照相法進(jìn)行檢測。目前國內(nèi)外主要采用手動超聲波探傷方法進(jìn)行檢。1.2T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫的技術(shù)特征

管節(jié)點(diǎn)主要有T、K、Y三種形式，其中最具有代表性的是Y型節(jié)點(diǎn)，一般主管直徑di為600～2000mm，壁厚ti為18～80mm，支管直徑dn為400～900mm，壁厚tn為12～60mm，主支管的夾角θ一般在20°～90°，當(dāng)θ＝90°時，即為T型節(jié)點(diǎn)。

焊接管節(jié)點(diǎn)的制造是經(jīng)過卷板，管子縱縫焊接，支管相貫端面的坡口加工（由數(shù)控機(jī)床完成），主支管組裝和相貫線處焊接（手工焊接）等過程。焊接方法采用手工焊單面焊接，焊接缺陷種類與手工焊相同。T、K、Y管節(jié)點(diǎn)七個參數(shù)有：五個不變量參數(shù)t主、d主、t支、d支、θ主支管夾角兩個變量參數(shù)：兩面角ψ（稱為“局部兩面角”。定義為連接曲面的焊縫給定點(diǎn)，兩切面的夾角）和坡口角φ隨焊縫不同位置連續(xù)變化。并且坡口角φ隨兩面角ψ而變化。θ

ψφ坡口角度的確定按API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

坡口尺寸及留根焊接坡口開在支管上，根據(jù)APIRP2X標(biāo)準(zhǔn)，間隙量ω與兩面角ψ的關(guān)系見表2-1。表2－1兩面角ψ與間隙量ω（mm）的關(guān)系根據(jù)表中給出的間隙量范圍，畫圖時按圖2-2近似求解方法，確定ω值，圖中δ為留根高度（鈍邊），一般取2mm。有效焊縫理論厚度T的確定

用作圖法確定有效焊縫理論厚度T（mm）作圖方法是：在焊喉最低點(diǎn)A，作一條垂直于主管壁的直線，交于主管內(nèi)壁B點(diǎn)，從B點(diǎn)下移長度T，交于主管內(nèi)壁C點(diǎn)，再作一條垂線BC=T。T就是有效焊縫理論厚度。T=tn/sinψ

式中tn支管壁厚（mm）,ψ為該處兩面角。在探傷中，確定缺陷位置，標(biāo)準(zhǔn)中只要求標(biāo)記缺陷所在區(qū)域：在厚度T內(nèi)的焊縫截面為焊縫有效區(qū)“2區(qū)”，有效焊縫區(qū)以下的根部為“1區(qū)”，有效焊縫區(qū)上部焊縫截面為“3區(qū)”。API標(biāo)準(zhǔn)不要求確定缺陷深度，這一點(diǎn)與一般焊縫探傷缺陷定位有所有不同。

T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫位置表示法采用時鐘刻度法表示焊縫截面上某點(diǎn)的位置

ABCDFGH對Y型管節(jié)點(diǎn)焊縫只要知道0:00到6:00或6:00到12:00的焊縫截面情況，則整條焊縫截面情況便可以知道了，而T型管節(jié)點(diǎn)，只要知道一個象限的焊縫截面情況，就可以知道整條焊縫上各點(diǎn)的截面情況。

T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫形狀的幾何學(xué)特點(diǎn)歸納如下：⑴焊縫截面是連續(xù)變化的；⑵兩面角與坡口角度是連續(xù)變化的；⑶根部間隙是連續(xù)變化的；⑷焊縫截面形狀較復(fù)雜，主支管截面相交是橢圓，這將導(dǎo)致聲程不斷變化。

影響管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲探傷結(jié)果的諸因素

一：曲率的影響

探頭在支管上三個典型位置

平板與孤面的跨距會不同！SP2SP1TKYJoint注意:曲面的聲程跨距隨著曲率變化而變化平板與孤面的跨距會不同！曲率變化與一次聲程的關(guān)系

探頭接觸面積減小二：反射面為曲面，使回波高度下降

為什么呢？？？？三：不能檢測的范圍

四：尺寸的影響探傷前，必須對主、支管的尺寸實(shí)際測定，測定坡口附近的主、支管壁厚及主支管夾角θ。定位焊后要實(shí)測間隙量ω，留根高度δ等。因?yàn)檫@些原始數(shù)據(jù)，對探傷結(jié)果，特別是缺陷定位精度十分重要。這些尺寸的誤差最易引起漏檢或誤判。

實(shí)際壁厚大于標(biāo)稱尺寸時，導(dǎo)致誤判，實(shí)際壁厚小于標(biāo)稱尺寸，導(dǎo)致漏檢。

實(shí)際間隙為ω1，A點(diǎn)為焊根反射，ω1增加到ω2，A點(diǎn)為內(nèi)部缺陷。

五：探頭性能的影響

選擇不同折射角探頭，“死區(qū)”大小不同，一次聲程修正系數(shù)kθc不同，缺陷檢出率也不同

由于聲束的擴(kuò)散，產(chǎn)生入射波漂移現(xiàn)象為此要求準(zhǔn)確的測定斜探頭的前、后擴(kuò)散角，以免誤判或漏檢

探頭的尺寸盡量的小，以保證良好聲接觸（可以修磨探頭嗎?)

探頭頻率一般2～6MHZ

，可用比平板焊縫探傷時頻率高的探頭。（鋼管比鋼板的晶粒度要細(xì)些）入射波漂移導(dǎo)致誤判

管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲波探傷的難點(diǎn)反射波識別困難

缺陷定位方法復(fù)雜不準(zhǔn)確

缺陷當(dāng)量誤差大（靈敏度補(bǔ)償量頻繁調(diào)整）對根部或焊縫有效區(qū)的缺陷區(qū)分困難

（APIRP2X標(biāo)準(zhǔn)要求區(qū)分根部還是有效區(qū)的缺陷，不同位置缺陷是區(qū)別對待的，而實(shí)際探傷是較難區(qū)分與判定的）偽缺陷信號難以判定探傷現(xiàn)場條件相對不好由于在不斷變化的曲面上進(jìn)行超聲波檢測，其焊縫截面形狀也不斷變化，半跨距聲程表現(xiàn)很大的差異。因此，無法套用平板對接焊縫常用的缺陷定位、定量技術(shù)主要采用下面的方法TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫的工藝(初級)要點(diǎn)采用“作圖解析法”---缺陷定位、“修正補(bǔ)償法”---缺陷定量、“波束邊界法或最大振幅法、振幅比較法”---評定缺陷尺寸另外，包括諸如缺陷三維尺寸的評定、TKY管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)焊縫的跟部間隙予留、定位基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定、DAC曲線的制作等都是手動超聲波檢驗(yàn)TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫不可缺少重要內(nèi)容什么是作圖解析–定位法？即當(dāng)檢驗(yàn)員認(rèn)為有必要對缺陷進(jìn)行定位時，借助于萬能取型規(guī)（或橡皮泥）獲取焊縫外型,按1:1的比例將其復(fù)制在紙上，然后再用萬能取型規(guī)和其他制圖工具按實(shí)測主、支管厚度及其焊縫跟部間隙、留根高度及坡口角,將缺陷所處的焊縫剖面圖補(bǔ)充完整，最后按探頭入射點(diǎn)到焊縫邊沿距離Y、實(shí)測折射角θ及熒光屏上出現(xiàn)的最高反射波的聲程W，畫出模擬束傳播路線，以完成焊縫的缺陷定位。這就是作圖解析—定位法原理。應(yīng)用“作圖解析--定位法”有三種手段:

(一)用萬能取型規(guī)、(二)用橡皮泥

(三)應(yīng)用計算機(jī)分析軟件。用萬能取型規(guī)進(jìn)行“取樣——作剖面圖”操作順序①在Y型焊縫缺陷波反射最高處的支管上用彩筆畫焊縫的垂直線AB并延長到主管。②用萬能取形規(guī)沿AB線量取管焊縫外形

③用萬能取形規(guī)在工件上取樣效果主管表面軌跡焊縫表面軌跡支管表面軌跡焊縫邊緣標(biāo)記④復(fù)制軌跡將萬能型規(guī)上的軌跡復(fù)制到紙上⑤補(bǔ)圖操作：取缺陷波反射最高處的主管表面曲率，并延長主管表面軌跡線2、延長主管曲表面線1、取主管表面形狀3、效果圖⑥補(bǔ)圖操作：按主管的曲率及厚度進(jìn)行補(bǔ)圖⑦補(bǔ)圖操作延長支管表面軌跡線、按支管的厚度進(jìn)行補(bǔ)圖1、取支管表面曲率2、用[1、所取支管表面曲率]延長支管表面軌跡線3、按支管壁厚補(bǔ)圖4、按組對間隙與焊縫邊緣間的連線作為焊縫坡口參考線用橡皮泥進(jìn)行“取樣——作剖面圖”操作順序①在Y型管型焊縫需要取樣而又無法使用萬能取型規(guī)的情況下(圖A),可使用橡皮泥取焊縫的外型(圖B),復(fù)制到繪圖紙上（圖C）；效果圖（圖D）②完圖操作3412在繪制焊縫剖面圖的過程中主、支管間預(yù)留根部間隙的確定方法

在作圖解析定位操作中，所畫主、支管根部預(yù)留間隙的大與小直接影響到剖面圖上的支管坡口角度的大小，若偏差較大時將導(dǎo)致其與原焊縫及焊縫根部凸出部位的形狀不符，將會增大分析根部缺陷的難度更甚者還會造成根部缺陷誤判。因此，在作圖解析定位操作中必須按實(shí)際情況合理地預(yù)留主、支管間根部間隙顯得極為重要。確定主、支管豫留根部間隙的方法有兩種供選擇。一：按組對后的實(shí)測數(shù)據(jù)由QC人員在檢查組對時，經(jīng)測量后把組對預(yù)留間隙超標(biāo)標(biāo)記寫在主管不易磨去的位置；無超標(biāo)的不做標(biāo)記。超聲波檢驗(yàn)操作人員作檢驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)觀察焊口附近有無組對間隙超標(biāo)標(biāo)記當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)標(biāo)記時，應(yīng)按其數(shù)值作圖，在無標(biāo)記處則按規(guī)范規(guī)定的間隙量畫圖。該方法操作性好,應(yīng)用廣泛二：按組對前的標(biāo)記L=坡口邊沿到標(biāo)記的距離根部間隙的確定

將“工件上的焊縫根部標(biāo)記移植到1：1焊縫剖面圖上以確保與焊前預(yù)留根部間隙一致性”其操作程序：①在所檢測的焊縫上測量“焊縫跟部標(biāo)記”到焊縫邊沿之距離S，②在1：1

焊縫剖面圖上以焊縫邊沿為始點(diǎn)以S為距離畫標(biāo)記點(diǎn)“”③在1：1焊縫剖面圖上以“”為始點(diǎn)并以L為距離畫焊縫跟部位置X，且X點(diǎn)與主

管外表面之間的距離就是該焊縫的焊前根部間隙④連接X—焊縫邊沿線作為焊前坡口參考線此圖為一幅完整的Y型管焊縫某位置的剖面圖“摸擬定位”操作程序：①在1：1焊縫剖面圖上按照斜探頭入射點(diǎn)到焊縫邊沿的實(shí)測距離Y確定探頭位置，確定探頭位置Y

Y②在焊縫剖面圖上按照斜探頭實(shí)測折射角θ及聲程距離W畫出模擬聲波的傳播路線以確定反射體的深度位置“D”。

YθWD作圖解析定位法的五要素(一）必須選擇聲程定位方式調(diào)整超聲波探傷儀器。（二

）取樣時型規(guī)一定要與焊縫垂直；（三)一個缺陷至少要做一幅剖面圖，且應(yīng)是缺陷最高反射處；（四）補(bǔ)圖操作時一定按原取樣位置量取主、支管曲率；（五）摸擬定位操作時所采用相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)應(yīng)是實(shí)際測量數(shù)據(jù)。基準(zhǔn)點(diǎn)的確定在管狀TKY型焊縫進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)中，焊縫缺陷需要多個數(shù)據(jù)描述，如：缺陷的長度、深度，另外還應(yīng)描述這個缺陷在整條焊縫所處的位置。為此還需要設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)。（A）管狀T型焊縫缺陷定位基準(zhǔn)點(diǎn)的確定方法：

①T型焊縫是指主、支管夾角為90度的焊縫。②把面對T型焊縫（斜探頭探測焊縫方向）時支管與主管上組對工藝線垂直相交點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)“a”點(diǎn)，“c”點(diǎn)。如圖所示：a

CC-C視圖

確定T型焊縫基準(zhǔn)點(diǎn)的示意圖管狀Y型（K型）焊縫缺陷定位基準(zhǔn)點(diǎn)的確定方法操作修正補(bǔ)償定量法斜探頭在支管上垂直于橢圓焊縫掃查時，支管的曲率越大，探頭與探測面接觸面積越小，甚至是線或點(diǎn)接觸，此時不僅探頭聲學(xué)特性變化，更重要的是耦合不良，聲能損失大，使回波幅度下降。另一方面根據(jù)聲反射的理論，聲波透射到底面，由于底面呈凸面，使反射聲束發(fā)散導(dǎo)致聲壓下降，同樣使回波幅度下降。為改善接觸條件，應(yīng)盡量采用小尺寸探頭，同時調(diào)整靈敏度時應(yīng)作因曲率及、材質(zhì)、厚度、耦合劑等不同差異引起的補(bǔ)償。操作修正補(bǔ)償操作的準(zhǔn)備①儀器要調(diào)整適當(dāng)?shù)穆暢谭秶罢{(diào)雙探頭檔。②用兩個實(shí)測折射角接近的探頭兩折射角差別應(yīng)小于0.5o③選擇對比試塊的厚度應(yīng)與工件厚度尺寸至少小1/3。④耦合劑：在對比試塊上操作時應(yīng)用機(jī)油（為了保護(hù)對試塊）

在工件上用甘油或CMC溶液。操作修正的操作順序方框圖操作修正的點(diǎn)數(shù)①Y型（K型）應(yīng)在支管整個圓周不同曲率的位置選4個點(diǎn)進(jìn)行操作修正。其補(bǔ)償數(shù)值（ΔdB）應(yīng)是這四點(diǎn)的平均值。②T型焊縫應(yīng)選兩個點(diǎn)的平均值。③按管徑、厚度的不同分別做操作修正。結(jié)束語TKY管接點(diǎn)焊縫的缺陷定位是建立在以手工獲取探傷面外型的基礎(chǔ)上，而獲取、復(fù)制及完圖操作的誤差及諸如施工現(xiàn)場條件、操作人員的技能或情緒狀態(tài)等因素將影響繪制焊縫剖面的質(zhì)量，另外，由于做圖解析定位技術(shù)操作煩瑣使得工作效率也受到一定的影響。盡管如此，到目前為止，就TKY管狀焊縫的缺陷定位和定量的技術(shù)而言，還沒有其他更成熟的技術(shù)取而代之。可見，科學(xué)地快速繪制TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫上任意點(diǎn)剖面圖是提高檢測工作效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。里波法檢測TKY焊縫簡介隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一些先進(jìn)的超聲波設(shè)備和方法在廣大科技人員和無損檢測人員的共同努力下，不斷涌現(xiàn)。開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)從而減少了人為因素造成的誤差，提高了檢測工作效率和質(zhì)量檢測的可靠性。里波缺陷定位法是近年來我國探傷工作者研究的一種先進(jìn)的、簡捷的缺陷定位法，它的基礎(chǔ)仍是作圖法。其原理是：找出聲束穿過焊縫熔合線的聲程范圍與探頭所在位置的關(guān)系，并繪制相應(yīng)L-X圖，它可以省去現(xiàn)場大量作圖工作。

什么是里波？

里波，是指超聲波在穿透焊縫過程中為焊縫熔合區(qū)所截取的聲束范圍在這段區(qū)域內(nèi)聲波中心束透過的聲程即為里波聲程范圍

里波可分為直射里波和反射（二次）里波聲程范圍

毫無疑問，在探傷中發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的反射信號，并確認(rèn)由缺陷引起的，其反射波聲程在XA～XB范圍之內(nèi)，只能是缺陷波，只要得到里波的確切信息，即可對缺陷判定及定位。里波聲程與探頭位置有一定的對應(yīng)關(guān)系，如果探頭折射角β固定，探傷截面又固定（即對應(yīng)于焊縫延伸方向的鐘點(diǎn)數(shù)）。探頭入射點(diǎn)與焊縫邊緣距離（最短水平距LO=LM）

L—X曲線的制作L—X曲線是探頭移動過程中距焊縫邊緣水平距離與里波聲程范圍的關(guān)系曲線（a）特殊焊縫截面圖形的繪制與解析作圖L—X曲線

按常規(guī)方法，精繪0.00～6.00七個鐘點(diǎn)的Y節(jié)點(diǎn)焊縫截面圖，按1:1比例，復(fù)印數(shù)份。爾后根據(jù)需要采用不同角度探頭（β=70、60、45°）在截面圖上繪制模擬聲程路線圖，并找到M、Q、N三個臨介點(diǎn)，測取數(shù)據(jù)后，在坐標(biāo)紙上作出L-X曲線圖。

這樣可以獲得三種角度，七個鐘點(diǎn)的L-X曲線圖，共三套21份，復(fù)印數(shù)份，供探傷時缺陷定位使用。L-X圖在缺陷定位中的用法如探頭右移中，某點(diǎn)發(fā)現(xiàn)一超常反射信號，首先判定是否為缺陷波。先測量入射點(diǎn)到焊縫邊緣距離L（設(shè)定L<LQ），那么，在X-L曲線上找到L點(diǎn)數(shù)值，然后作一條垂直于L軸的垂線，與I區(qū)交于兩點(diǎn)A和B，對應(yīng)縱坐標(biāo)為XA、XB，就是該點(diǎn)里波范圍XA～XB，若此時熒光屏上讀出的反射信號聲程為Xf，在XA～XB范圍內(nèi)，即為缺陷信號。Xf與XA、XB進(jìn)行比較可以判定缺陷所在縱向區(qū)域（是主管熔合線處、支管熔合線處還是焊縫中間部位）若熒光屏上讀出信號Xf在（XA～XB）范圍外，且比XA或XB稍大一點(diǎn)，可能是熔合區(qū)缺陷；若Xf與XA、XB相差較大，則不是熔合區(qū)缺陷，可能是偽缺陷信號，因此用里波的L-X圖判定缺陷和缺陷定位非常便捷，直觀。

但缺陷波不一定正好在圖示的鐘點(diǎn)上，例如在3.00～4.00之間，距3.00是80mm處有缺陷波，3.00～4.00間焊縫全長180mm，L=25mm，求該位置里波范圍為多大？

應(yīng)注意對應(yīng)兩個鐘點(diǎn)之間的情況，不能以某個鐘點(diǎn)L-X曲線替代，必須修正。具體修