TKY管节点焊缝超声波检验缺陷的定量技术.docx
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TKY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
(a)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。
(b)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
………………………………………………………7-6
B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………………………………………………………7-10
为此缺陷高度可按下式求得:
…………………………………7-11
用探头边缘声束20dB法,按公式7-5~公式7-11可计算缺陷高度,只是将探伤面视为半径RP()的圆周面,这种方法也是一种近似。
不管探伤面是平面还是曲面,用作图法求高,因管节点焊缝形状复杂,测高的误差均较大,操作复杂、计算繁琐,这也是实际中管节点焊缝缺陷不要求测高原因,探伤人员也应清楚地对待测高结果。
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