海上平臺結(jié)構(gòu)管節(jié)點焊縫的超聲波檢測

徐學武，張永山

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，湛江 524057；2.湛江中海石油檢測工程有限公司，湛江 524057）

海上平臺結(jié)構(gòu)主要由結(jié)構(gòu)管和工字鋼組成，以結(jié)構(gòu)管為主。結(jié)構(gòu)管與結(jié)構(gòu)管連接的焊縫，會形成各式各樣的管節(jié)點焊接，其結(jié)構(gòu)型式主要有三種：T型、K型和Y型，如圖1所示。

1 管節(jié)點焊縫的結(jié)構(gòu)特點

分析管節(jié)點的結(jié)構(gòu)可知，T型是Y型的特例，即主支管軸線夾角θ＝90°的Y型；K型可視為兩個Y型的組合。因此，掌握Y型焊縫節(jié)點的超聲波檢測技術(shù)要領(lǐng)最為關(guān)鍵。

圖1 管節(jié)點焊縫形式

一般管節(jié)點的結(jié)構(gòu)為：主管直徑D1＝600～2 000mm，壁厚T1＝18～80mm；支管直徑D2400～900mm，壁厚T2＝12～60mm；主支管夾角θ＝20°～90°。Y型管節(jié)點焊縫的結(jié)構(gòu)不規(guī)則，主管直徑粗大，且是主受力構(gòu)件，坡口一般開在支管上，一般由手工焊接而成。

2 超聲波檢測器材的選擇

2.1 探頭

由于管節(jié)點焊縫的支管直徑較小，探測面的曲率比較大，因此探頭的尺寸小一點的好，在很大程度上可以改變耦合效果。常用的有10mm×10mm，8mm×12mm，8mm×8mm等幾種晶片尺寸。由于不同探測位置的截面曲率半徑不同，所以探頭接觸面的部分需要修成與支管表面相吻合的曲面。管節(jié)點焊縫的主支管材質(zhì)晶粒細小，為了提高靈敏度和分辨力，宜選用較高的頻率，通常為5MHz。

實踐證明，在Y型管節(jié)點焊縫超聲波檢測中，采用折射角為45°，60°，70°的斜探頭較好，70°的斜探頭缺陷檢出率相對高些。

2.2 超聲波檢測儀

試驗主要使用數(shù)字超聲波檢測儀。

2.3 耦合劑

由于探測面大多是傾斜面，耦合劑如果粘度低就很容易流失，對探傷不利，所以通常選擇化學漿糊作耦合劑，其相比黃油、潤滑油等成本要低，耦合效果和它們相當。

3 超聲波曲線的制作

3.1 時基線比例的調(diào)整

管節(jié)點焊縫探傷一般采用聲程法調(diào)節(jié)儀器的時基線比例，不用深度或者水平法調(diào)整。因為聲程法定位方便、直接。在調(diào)節(jié)前應根據(jù)需要檢測的聲程范圍來調(diào)節(jié)，通常為1.5倍的跨距，試塊可以是CSK－ⅠA或者國際焊接學會標準試塊ⅡW試塊。

3.2 靈敏度的調(diào)整

通常采用API RP 2X檢測標準，以對比試塊上的1.6mm×1.6mm方槽或者φ1.6mm的孔為靈敏度，通常采用一次波80%作為DAC的起始點，也就是探頭放在0.5s處，如圖2所示。考慮到耦合和接觸面聲能的衰減，通常在原有靈敏度的基礎(chǔ)上適當提高6dB，作為檢測時的靈敏度。

圖2 距離－波幅曲線制作示意

4 超聲波檢測的技術(shù)要求

4.1 各個節(jié)點位置定位方法

通常按照時鐘法，腳尖為0點，順時針方向旋轉(zhuǎn)依次為1：00，2：00，……，如圖3所示。

圖3 節(jié)點焊縫定位方法

4.2 缺陷的定位要求

（1）在T，K，Y管節(jié)點焊縫的超聲波探傷中，首先是對反射信號的位置測定。只有確認反射波并非“偽缺陷信號”之后，所進行的定位工作才是真正意義上的“缺陷定位”。在判定某反射波確由缺陷所引起之后，還要看其波高是否已超標，對未超標的缺陷，原則上可不予測定，可借助作圖方法給予定位。

（2）嚴格確定缺陷所在截面處于整條焊縫長度方向上的位置。判定缺陷是處于支管側(cè)熔合區(qū)、焊縫中間區(qū)，還是主管側(cè)熔合區(qū)三個縱向區(qū)域。判定缺陷是處于焊縫的上部、中間部、還是根部三個橫向區(qū)域。

4.3 操作技巧及要求

（1）掃查前，要對探頭掃查區(qū)域進行清理，因為焊接時形成的飛濺物使探頭耦合不良，容易產(chǎn)生干擾波和漏檢，還加速了探頭的磨損。

（2）一般以橫波斜探頭從支管上進行檢測為主，必要時可從主管上做輔助檢測。檢測時，探頭應盡可能始終與焊縫保持垂直，定位采用聲程法。

（3）探頭在支管上掃查的方式與平板對接焊縫類似，主要有鋸齒形、前后、左右、環(huán)繞及轉(zhuǎn)角掃查等。相鄰兩次掃查至少要有探頭晶片面積10%的重疊，掃查速度不大于150mm／s。

（4）掃查過程中發(fā)現(xiàn)缺陷后，要測定缺陷的位置、當量大小以及指示長度，焊縫內(nèi)的缺陷有一定的規(guī)律性。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，70%的缺陷出現(xiàn)在支管焊縫的熔合區(qū)，且大多出現(xiàn)在焊縫的根部及中部［1］。缺陷位置常用作圖法確定，用取樣規(guī)、直尺以及量角器等工具按照1：1的比例來做。

（5）在管節(jié)點超聲波檢測中，常會出現(xiàn)干擾波、根部的底波反射和主管的底波反射等，一定要格外注意。此外，在管節(jié)點焊縫某一些部位進行檢測時還存在著盲區(qū)，如圖4所示，檢測盲區(qū)的大小與主管與支管之間的夾角、探頭的大小和角度有關(guān)，采用不同探頭和在主管上進行輔助檢測可以減少盲區(qū)。

圖4 盲區(qū)位置（陰影部分）示意

5 結(jié)論

由于管節(jié)點具有不規(guī)則性，所以在檢測的時候要采用多種探頭互相配合檢測。一旦發(fā)現(xiàn)異常信號波，要采用作圖分析法記錄下來，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況認真分析，使檢測結(jié)果可靠，避免發(fā)生誤判和漏判等情況。

［1］ 全國鍋爐壓力容器無損檢測人員資格考核委員會組織編寫.超聲波探傷［M］.武漢：中國鍋爐壓力容器安全雜志社，1995：224－226.