王福利，趙希臣

(1.天津市船廠，天津 300452;2.河北華建檢測(cè)試驗(yàn)有限責(zé)任公司，天津 300451)

近幾年，T型、K型、Y型 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)TKY型)管狀焊接接頭超聲波檢測(cè)在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用于船舶制造、海上和陸地鋼結(jié)構(gòu)制造，這種檢測(cè)工藝在美國(guó)、加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多，美標(biāo)API RP 2X A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)T型、K型、Y型管狀焊接接頭超聲波檢測(cè)做出了基礎(chǔ)性要求，國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。大多數(shù)檢測(cè)人員只是大概測(cè)定、粗略修正，對(duì)缺陷難以準(zhǔn)確定位，精確分析。要想真正做到不錯(cuò)檢、不漏檢、提高工作效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，給探傷人員提出了更高的要求。

文章通過(guò)對(duì)API RP 2X A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的研究學(xué)習(xí)，查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，通過(guò)幾年來(lái)的不斷實(shí)踐，研究分析總結(jié)出了TKY型管狀焊接接頭超聲波檢測(cè)操作基本方法和工藝參數(shù)，不僅能夠滿(mǎn)足API RP 2X A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且能夠在實(shí)踐中得到較好應(yīng)用。

1 檢測(cè)對(duì)象

TKY型管狀焊接接頭與平板焊縫的不同之處在于前者超聲波檢驗(yàn)的掃查面為不同曲率的曲面，后者是平面。在平面上進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，焊接缺陷的定位與定量應(yīng)用常規(guī)技術(shù)，而在曲面進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用特殊操作方法。其原因:①由于曲率效應(yīng)的影響，超聲波入射到工件中的折射角度將發(fā)生變化;②由于曲率效應(yīng)的影響，探頭接觸面發(fā)生變化，聲能損失將增大;③缺陷定位、定量困難。

2 檢測(cè)方法

2.1 作圖解析法——缺陷定位法

1)采用萬(wàn)能取型規(guī)或橡皮泥在TKY管狀焊縫上取下任意點(diǎn)處焊縫的主、支管間的兩面角及焊縫坡口寬度的形狀，再經(jīng)過(guò)完圖操作，即完成一幅曲面焊縫上任意點(diǎn)處的剖面圖，原則上要求按1∶1的比例完成。

2)在焊縫剖面圖上，按照探傷時(shí)缺陷定位參數(shù) (Y，W，θ)，模擬超聲波在工件上行走的路徑，即可確定焊縫中反射體所在的水平位置及深度位置。

3)“取樣—做剖面圖—定位”操作過(guò)程如圖1～圖4所示。

圖1 取樣操作

圖2 復(fù)制軌跡

圖3 補(bǔ)圖操作

圖4 模擬定位

4)作圖解析定位應(yīng)注意以下3點(diǎn)。①取樣時(shí)取型規(guī)一定要與焊縫垂直，若在不垂直的情況下取樣，會(huì)使所做的剖面圖上的主支管間的兩面角與實(shí)際情況不符，導(dǎo)致缺陷定位誤差增大。②每一個(gè)缺陷至少做一張剖面圖，較長(zhǎng)的缺陷應(yīng)做多張。TKY型管狀焊縫，由于主支管間兩面角不同，支管曲率也隨之改變，故焊縫A點(diǎn)的缺陷應(yīng)在A點(diǎn)的剖面圖上定位，B點(diǎn)的缺陷應(yīng)在B點(diǎn)的剖面圖上定位，否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)檢。③取樣后在復(fù)制、補(bǔ)圖過(guò)程中，必須準(zhǔn)確無(wú)誤。在實(shí)際操作中，以下幾方面需特別注意:掃查工件厚度尺寸應(yīng)準(zhǔn)確;角度或折射角應(yīng)讀取準(zhǔn)確;所劃根部間隙與實(shí)際情況應(yīng)相符，否則導(dǎo)致剖面圖不準(zhǔn)確，影響對(duì)根部缺陷性質(zhì)的判斷。

2.2 操作修正補(bǔ)償法

操作修正補(bǔ)償法 (也叫傳遞修正或傳遞補(bǔ)償)是用來(lái)補(bǔ)償參考試塊與工件之間由于曲率和厚度效應(yīng)的影響及兩者表面狀況、材質(zhì)、耦合劑、接觸面積、聲學(xué)衰減特性的差異引起的聲能損失。具體操作步驟如下。

1)儀器調(diào)節(jié)到雙探頭模式。

2)選用2只晶片尺寸、折射角、頻率相同或相近的斜探頭。

3)選擇對(duì)比試塊的厚度應(yīng)與工件厚度尺寸相同或相近。

4)在對(duì)比試塊上，一跨距內(nèi)作一收一發(fā)測(cè)試，如圖5所示。即:發(fā)射探頭置于位置Ⅰ，接收探頭置于位置Ⅱ，將最高回波調(diào)為熒光屏滿(mǎn)刻度的80% ，記錄此時(shí)波峰的高度H1及儀器靈敏度B1。

圖5 試塊收發(fā)測(cè)試圖

5)儀器靈敏度保持不變，將接收探頭置于位置Ⅲ，得到第2個(gè)波峰高度H2，在熒光屏上將兩波峰連成一條直線(xiàn)，如圖6所示。

圖6 屏面顯示一跨距與二跨距波峰位置圖

6)儀器靈敏度保持不變，將2只探頭同時(shí)移到被檢工件上，在一個(gè)跨距內(nèi)找到工件底面回波，測(cè)出工件底面回波波峰與圖6直線(xiàn)的分貝差ΔdB值 (傳遞補(bǔ)償值)，如圖7、圖8所示。［1］

圖7 工件收發(fā)測(cè)試圖

圖8 屏面顯示傳遞補(bǔ)償測(cè)定示意圖

7)操作修正的點(diǎn)數(shù)確定。①Y型 (K型)應(yīng)在支管整個(gè)圓周不同曲率的位置選4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行操作修正，其補(bǔ)償數(shù)值 (ΔdB為波高差值)應(yīng)是這4點(diǎn)的平均值;② T型焊縫應(yīng)選2個(gè)點(diǎn)的平均值;③平板焊縫、對(duì)接管及管縱縫選2個(gè)點(diǎn)，并取其平均值，按管徑、厚度的不同分別做操作修正，并填寫(xiě)操作修正報(bào)告?zhèn)浒浮?/p>

3 基準(zhǔn)點(diǎn)的確定

管狀TKY型焊縫進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)中，焊縫的缺陷需要多個(gè)數(shù)據(jù)表達(dá)出來(lái)，例如缺陷的長(zhǎng)度、深度、位置，這些數(shù)據(jù)為以后復(fù)查 (特別對(duì)于不需要修理而必須記錄的缺陷)及將來(lái)用計(jì)算機(jī)輔助制圖具有重要意義。經(jīng)過(guò)多年檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，下述基準(zhǔn)點(diǎn)的確定方法現(xiàn)場(chǎng)操作比較方便。

1)管狀T型焊縫缺陷定位基準(zhǔn)點(diǎn)的確定方法。T型焊縫是指主支管夾角為90°的焊縫，當(dāng)面對(duì)T型焊縫 (斜探頭探測(cè)焊縫方向)時(shí)支管與主管上組對(duì)工藝線(xiàn)垂直相交點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。左側(cè)為“D”點(diǎn)，右側(cè)為“C”點(diǎn)，如圖9所示。

2)管狀Y型 (K型)焊縫缺陷定位基準(zhǔn)點(diǎn)的確定方法。Y型焊縫確定缺陷定位基準(zhǔn)點(diǎn)D和C，如圖10所示。

圖9 T型管上確定標(biāo)記點(diǎn)位置示意圖

圖10 Y型管上確定標(biāo)記點(diǎn)位置示意圖

3)TKY型管狀焊縫缺陷定位基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量確定的基本原則。T型焊縫可定4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，也可定2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，因?yàn)門(mén)型焊縫可按支管直徑4等分。Y型焊縫，不可按支管外徑4等分，因此，把基準(zhǔn)點(diǎn)D和C 2個(gè)點(diǎn)均定在主管的工藝線(xiàn)上，操作性強(qiáng)且準(zhǔn)確。用這種方法定基準(zhǔn)點(diǎn)也為使用計(jì)算機(jī)輔助繪制焊縫缺陷定位圖做好了準(zhǔn)備。只設(shè)2個(gè)點(diǎn)測(cè)量X值 (X為測(cè)量點(diǎn)至基準(zhǔn)點(diǎn)間沿焊縫長(zhǎng)度)時(shí)，由于測(cè)量點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)間沿焊縫長(zhǎng)度大會(huì)造成測(cè)量困難，為此引入“+”“－”符號(hào)標(biāo)記，測(cè)量X值時(shí)只要依據(jù)2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)按示意圖所示方向用“+”“－”標(biāo)記出來(lái)，X值的確定就顯得方便多了。注，“+”為順時(shí)針?lè)较?，“－”為逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

4 TKY型焊縫剖面圖上主、支管根部間隙的確定

在作圖解析定位操作中，用萬(wàn)能取型規(guī)在焊縫上取樣、復(fù)制，根據(jù)主支管的壁厚進(jìn)行補(bǔ)圖。而主支管根部間隙劃的大與小，將直接影響到剖面圖上的坡口角度的大小，從而改變了原焊縫的形狀，及焊縫根部凸出部位之形狀。從而在分析根部缺陷的位置時(shí)會(huì)導(dǎo)致誤判。確定主支管根部間隙的大小有以下2種方法。

方法1)。由QC人員在檢查組對(duì)時(shí)，測(cè)量后把間隙超標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)在主管不易磨去的位置，無(wú)超標(biāo)的不標(biāo)，探傷人員作UT檢驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)觀察焊口附近有無(wú)間隙超標(biāo)標(biāo)記，在有標(biāo)記位置處按標(biāo)記數(shù)據(jù)確定間隙量，無(wú)標(biāo)記處按規(guī)范規(guī)定的間隙量確定。

方法2)。按照API RP 2X A級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)操作要求，在支管組對(duì)前，在支管圓周，以適當(dāng)?shù)臄?shù)值做上標(biāo)記，在作剖面圖時(shí)，按此標(biāo)記量出支管底面坡口位置，如圖11所示。

方法1)和方法2)2種標(biāo)記方法都能反映支管與主管焊前組對(duì)時(shí)的實(shí)際情況，建議在重要的節(jié)點(diǎn)采用方法2)。

5 直探頭縱波檢測(cè)

直探頭檢測(cè)主要針對(duì)斜探頭掃查區(qū)域母材、鋼板復(fù)查、TKY型管節(jié)點(diǎn)背交位置。

1)斜探頭掃查區(qū)域的直探頭檢測(cè)。①直探頭檢測(cè)的目的:探測(cè)母材是否存在有可能影響斜射波入射的反射體，但它不作為驗(yàn)收或拒收的依據(jù)，應(yīng)對(duì)這些反射體位置和區(qū)域做好記錄以備查。②直探頭探測(cè)靈敏度的設(shè)定:調(diào)節(jié)儀器使工件第2次底波高度為熒光屏滿(mǎn)刻度的75%±5%，以此作為掃查靈敏度。

2)鋼板復(fù)查、TKY型管節(jié)點(diǎn)背交位置 (依據(jù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn))。

6 API RP 2X A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)使用要點(diǎn)

6.1 超聲波儀器、探頭和試塊

1)超聲波儀器的校正。水平線(xiàn)性:誤差小于1%;垂直線(xiàn)性:誤差小于±5%;分辨力 (儀器探頭組合分辨力)在IOW試塊上，能分辨出D 1.5距離為4 mm的2個(gè)孔;靈敏度余量大于40 dB。

2)探頭的選用。盡量選擇小角度探頭;頻率在1～6 MHz之間;折射角:45°、60°、70°及標(biāo)稱(chēng)角度的 ±1°。

3)試塊的選用。①I(mǎi)IW標(biāo)準(zhǔn)試塊，用途:校正儀器性能;調(diào)整儀器的測(cè)定范圍;測(cè)量探頭入射點(diǎn)、折射角。②API RP 2X A級(jí)對(duì)比試塊和IOW試塊用于制作DAC曲線(xiàn)，校正儀器的靈敏度和探頭性能。

6.2 工件探傷面的要求

1)焊縫的表面質(zhì)量應(yīng)經(jīng)外觀檢測(cè)合格，所有影響超聲檢測(cè)的飛濺、污物、銹蝕等都應(yīng)清除，其表面粗糙度應(yīng)符合檢測(cè)要求，表面的不規(guī)則狀態(tài)不得影響檢測(cè)結(jié)果的正確性和完整性，否則應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶幚恚?］;如處理寬度:b=1.5(2Ttan β)+l/2(mm)，其中，l為探頭長(zhǎng)度，β為探頭折射角，T為工件厚度。

2)掃查區(qū)工件厚度測(cè)量:管材應(yīng)在圓周方向選4個(gè)點(diǎn);平板應(yīng)沿焊縫方向每1.85 m(6英尺)測(cè)量一個(gè)點(diǎn)。

3)掃查區(qū)域內(nèi)母材的超探檢查，以第2次底波示波屏滿(mǎn)幅度的80%為探測(cè)靈敏度進(jìn)行掃查。

6.3 DAC曲線(xiàn)(距離波幅曲線(xiàn))的制作

1)測(cè)定范圍:TKY型管狀焊縫，一垮距的1.5倍;平板焊縫，大于一垮距。

2)對(duì)比試塊厚度的選擇:對(duì)比試塊的厚度應(yīng)盡量選用與母材相同或相近。

3)DAC曲線(xiàn)制作步驟如圖12所示［3］。

4)如圖12所示，選取4個(gè)或5個(gè)點(diǎn)，測(cè)定各點(diǎn)最高波 (首點(diǎn)達(dá)100%)，在坐標(biāo)紙上依次描點(diǎn)并連成一條曲線(xiàn)，然后降低6 dB、14 dB制作另2條曲線(xiàn)，形成如圖13所示的3條曲線(xiàn)。

圖13 DAC曲線(xiàn)

5)DAC曲線(xiàn)制作的基本要求:①每條DAC曲線(xiàn)最少測(cè)定4個(gè)點(diǎn);②每組DAC曲線(xiàn)應(yīng)包括100%、50%及20%在內(nèi)的3條曲線(xiàn);③每一個(gè)探頭角度做一組DAC曲線(xiàn);④不同的測(cè)定范圍及不同探頭角度所做DAC曲線(xiàn)不能混用;⑤每次探傷前應(yīng)重新效核DAC曲線(xiàn)。

6.4 缺陷測(cè)量

1)缺陷定量靈敏度的確定:基準(zhǔn)靈敏度+修正靈敏度。

2)缺陷定位:作圖解析法。

3)缺陷指示長(zhǎng)度測(cè)定:6 dB法 (相對(duì)靈敏度半波高度法)。

6.5 缺陷評(píng)定

1)缺陷波幅≤50%(Ⅰ區(qū))DAC曲線(xiàn)的反射波可忽略不計(jì);50% ＜缺陷波幅≤100%(Ⅱ區(qū))的反射波按其指示長(zhǎng)度大小，按如下“表1”的規(guī)定判定;對(duì)于超過(guò)100%DAC曲線(xiàn)的反射波，按“表1”的規(guī)定判定。若判定為不需要返修的缺陷，應(yīng)記錄該缺陷的相關(guān)數(shù)據(jù)并反映到檢驗(yàn)報(bào)告中。

表1 缺陷當(dāng)量評(píng)定

50%～100%DAC及TKY型根部

2)對(duì)于排成的一行的點(diǎn)狀缺陷按線(xiàn)狀缺陷進(jìn)行評(píng)定。

3)在任意焊縫長(zhǎng)度內(nèi)，大于50%DAC曲線(xiàn)波幅的密集缺陷反射波其指示長(zhǎng)度應(yīng)小于2/3支管壁厚或9.5 mm，兩者取其較小者。

4)相鄰缺陷之間隔小于其平均長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)按連續(xù)缺陷評(píng)定。

5)TKY型結(jié)點(diǎn)焊縫根部應(yīng)用70°或45°探頭探測(cè)。其靈敏度應(yīng)用A級(jí)所要求的對(duì)比試塊上1.6 mm×1.6 mm的凹槽作反射體調(diào)整靈敏度，其長(zhǎng)度的評(píng)定按“表1”的規(guī)定評(píng)定。

6)對(duì)根部缺陷評(píng)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)兩管的兩面角大小對(duì)超出理論厚度以外的缺陷可以不作評(píng)定。

7)理論厚度的確定。①在焊縫“C”基準(zhǔn)點(diǎn)處取樣做焊縫剖面圖;②在焊縫剖面圖上測(cè)量該焊縫主、支管兩面角Ψ;③在焊縫剖面圖上過(guò)焊縫最低點(diǎn)做主管的垂線(xiàn);④按照所測(cè)“Ψ”查出所對(duì)應(yīng)的理論厚度值，以焊縫剖面圖主管垂線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)為基準(zhǔn)，在焊縫根部方向做一條間距為理論厚度值且與其平行的線(xiàn);理論厚度的確定見(jiàn)表2。⑤在焊縫剖面圖上兩平行線(xiàn)間的距離即為“理論厚度距離”［3］，如圖 14 所示。

表2 理論厚度確定表

圖14 理論厚度距離確定圖

7 結(jié)束語(yǔ)

TKY型管狀焊接接頭超聲波檢測(cè)操作基本方法，不僅能夠滿(mǎn)足API RP 2X A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且在檢測(cè)中對(duì)缺陷的定位、定量有了準(zhǔn)確的判定，不足之處主要是繪圖和計(jì)算比較繁瑣，隨著信息技術(shù)、成像技術(shù)的快速發(fā)展，探討計(jì)算軟件植入新型檢測(cè)設(shè)備之中，以利更好更快的為生產(chǎn)服務(wù)。

［1］CB/T 3559－2005.船舶鋼焊縫超聲波檢測(cè)工藝和質(zhì)量分級(jí) ［S］.

［2］JB/T 4730－2005.承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) ［S］.

［3］API RP 2X－2004.海上結(jié)構(gòu)件超聲檢測(cè)和磁粉檢測(cè)［S］.