T、K、Y的超声波检验及分析图

第一章概述

1.1什么是T、K、Y管节点焊缝

在承受各种载荷的钢结构中，将支管的一端（小直径管）焊接在主管（大直径管）上，为保

证焊接质量，在支管一端开坡口，这种结构形式称为管节点焊缝。如果主管、支管间夹角。＜90。

（锐角），称Y节点焊缝。主支管夹角0=90。，称T节点焊缝。在主装工艺线上（外径轴向）按

设计的距离，焊接两个相对称的支管，形成对称于工艺线的两个Y型节点焊缝，称为K节点焊缝

（见图2_la）»

1.2海洋石油平台下的T、K、Y管节点焊缝

在海洋石油平台钢结构中，支撑平台的部分，称为导管架。导管架由若干根主管和支管由管

节点焊缝连成一体，这些节点形式有Y型、T型和K型，具有代表性的是Y型管节点焊缝。

由于海洋石油平台作业环境恶劣，以北海地区为例：大约有上百座平台，水深达数十米，最

深可达200〜300米，最大风速为150km/h,海浪最高达20〜30m,水下又有强大的水流，有时受

到大冰块的冲击，导管架必须经受住这种自然环境的考验。

近年来，海上石油平台数量不断增加，规模也越来越大，有的导管架自重已达4万余吨。

据报导：海上平台的事故时有发生：

1965年“海宝石号”半潜式钻井架失事，之后又发生了“海洋徘徊者号”和“亚历山大•基

兰号”平台事故，1983年美国钻井船“爪洼号”又在南中国海沉没。

为此平台的安全引起了各国有关部门的重视，1974年英国以立法形式通过了《近海设施细

则》，各大船级社也先后制定了海洋石油平台建造与入级规范，加强了海洋石油平台的监检力度，

其中包括了对T、K、Y管节点的焊接和超声波检验人员的要求。

1.3我国海洋石油平台的建造

1980年以后的十年间，原中船总公司诸多家船厂先后为国内外石油公司建造了移动式平台数

卜座，改造和维修平台10座。1982年原大连造船厂为美国贝克石油公司建造了两座“大脚HI型”

自升式平台，当时属世界一流。1988年交付使用的“胜利三号”是我国按CCS《海上移动平台入

级与建造规范》设计和建造的坐底钻井平台。

中国国际海洋石油公司成功的建造了堤北油田A区工程的二个模块（采油模块D/P、生活模

块U/A）,填补了我国固定式平台群制作的空白。

随着海洋石油业的不断发展，我国平台制造业」形成了相当的规模。

T、K、Y管节点的结构是海洋工程的最重要的结构形式，而且它在钢结构的焊缝中也是最为

复杂和繁琐，焊缝中缺陷的确定难度较大，尤其是根部缺陷的检验，至今仍是焊缝检验中一大热

门话题。在我国，T、K、Y管节点的焊缝检验涉及到的部门很窄，并且国内又缺少相关的标准，

因此，难度是可想而知的。在这方面海洋工程股份有限公司从1982年起至今已有20多年的实践

经验，他们先后建造并检验了数十座的海上导管架、钻井组块、采油组块、生活组块、储油平台、

输油码头、栈桥、火炬臂、海底管线等工程。在海洋工程上国内是独一无二，而且成功的打入了

国外市场，与雪佛龙国际集团合作建造和检验了泰国湾导管架、平台组块的工程，在民用方面又

先后建造和检验了香港机场、香港青衣大桥、深圳地王大厦等工程项目。同时兼营船舶机械设备

和船体的维修业务等，并从中摸索出了一些经验。

在这二十多年的时间里，先后与世界许多知名大公司合作，如：日本三菱公司、美国菲利浦

斯、韩国现代、法国道达尔、美国ACT集团等。在工程合作其间分别与美国船级社（ABS）、英国

劳氏（LR）、挪威船级社（DNV）等第三方检验，共同监管海洋和民用钢结构的焊缝检验质量。采

用的标准分别有美国石油学会API标准、美国焊接学会AWS标准、美国机械工程学会ASME标准、

挪威船级社DNV标准等。在这期间，检验人员的队伍不断壮大和完善，并相继取得了ABS、DNV、

CCS等船级社的相应超声波检验资格证书。

经过多年来的实践，海洋工程股份有限公司在与外商的合作中，摸索出了一套T、K、Y管节

点焊缝超声波检验的经验，为我国在这一领域内超声波检验创出了一条新路，由于国内在建造领

域目前只有极少儿家，所以相互缺少交流，另外水平也有限，尚有一些待探索和解决的疑难问题。

尽管如此，海洋工程股份有限公司检验分公司为我国在这一新型领域中的检测提供一些经验，并

由此填补了国内在这一领域的空白。

石油是重要能源。进入二十世纪九十年代，由于石油开采不景气，迫使美国等国家大的石油

公司将精力从陆上转到近海大陆架。但是海上石油（天然气）开发中，海上石油设备所承受的工

作条件远较陆上恶劣，它要受到海上风暴、海浪的侵袭及海水的腐蚀。因此海上石油平台的无损

检测工作具有特别重要的意义。

纵观世界各国海上石油平台的发展情况也不平衡。据报导，截止1992年底亚洲地区的统计

资料中海上平台数量为：印尼187座，马来西亚122座，文莱82座，印度68座，泰国56座，

越南8座。

海上石油平台的建造中需要无损检测，平台使用期间还要不断的维护、维修、也需要无损检

测给予配合。

H前，在我国近海工作的平台有多座，大多数接受国外船级社的监检。

1.4监检（第三方公正检验）

海洋石油平台与船舶一样，必须经过有关船级社的监检，又称第三方公正检验，因各大船级

社把海洋平台建造、使用、维修各过程作为自己的监检工作，各船极社都有自己的规范或规程。

参予我国海洋石油平台检验的大船级社有:

DNV(DetNorskeVeritas)挪威船级社，成立于1864年；

ABS(AmericanBureauofShipping)美国船级社，成立于1862年；

LR(Loyd,sRegisterofShipping)英国劳埃德船级社；成立于1760年;

CCS(ChinaClassificationSociety)中国船级社，成立于1956年。

由于T、K、Y管节点焊接超声波探伤技术难度大，对探伤人员的素质要求高，必须在普通的

UT7I级人员中，选拨优秀者参加管节点超声波探伤的专项培训，考试合格，取得相应资格证书,

才能上岗操作。

各船级社对管节点超声波探伤人员都有此项要求。

另外GBU345《钢焊缝手工超声波探伤方法及探伤结果的分级》第4节及《CCS无损检测资

格认证规范》中1.4（11）都提出了对T、K、Y管节点探伤人员专项培训要求。

以往国内T、K、Y管节点焊缝超声波探伤人员聘请ABS或DNV专家来华培训取证，由于语言

限制培训效果受到很大影响，且费用甚高。

经过多年理论和实践的探索，国内的专家和第一线的技师已经积累了较为丰富的经验，有关

专家和平台制造厂的技术人员对管节点焊探伤工艺已经较为熟悉。1980年以来船舶工艺研究所先

后培训过此“专项”探伤人员。特别是1992年6月在广州举办的培训班，效果很好，也积累了

培训经验。

CCS专家程志虎博士对管节点超声波探伤从理论上和实践上作了大量的卓有成效的工作，并

发表了多篇论文，是培训的好教材。

1.5管节点焊缝探伤方法及验收标准

我国目前这方血的标准尚属空白，为了与国际接轨，最常引入的标准是美国石油协会（API）

相应的标准，本文所列的探伤方法及验收标准均以API为据。

第二章T、K、Y管节点焊缝的技术特征和影响因素

海洋结构物建造大量采用了T、K、Y型管节点联接形式，其焊缝截面的形状随着相贯点位置

不同而变化，因而难以使用射线照相法进行检测。目前国内外主要采用超声波方法进行探伤，本

章重点对T、K、Y管节点焊缝技术特征及超声波探伤影响因素进行介绍。

2.1T、K、Y型管节点焊缝的几何特征

2.1.1管节点主要有T、K、Y三种形式（图2-la）,其中最具有代表性的是Y型节点，其

焊缝的形状及结构参数，如图2T（b）所示，钢管外径和壁厚是根据结构由设计者按规范进行设

计选择。一般主管直径d：为600〜2000mm,壁厚ti为18〜80mm,支管直径cL为400〜900mm,

壁厚t.为12〜60mm,主支管的夹角0一般在20°〜90°,当0=90°时，即为T型节点。

焊接管节点的制造是经过卷板，管子纵缝焊接，支管相贯端面的坡口加工（由数控机床完成）,

主支管组装和相贯线处焊接（手工焊接）等过程。焊接方法采用手工焊单面焊接，焊接缺陷种类

与手工焊相同。

图2—1（b）中的七个参数有：如、力、&、&、9,五个参数为不变量，而两面角W和坡口

角巾随焊缝不同位置连续变化。并且坡口角。随两面角W而变化，按API标准，＜!＞可按图2—1

（C）求得。

［注］Q/HS7007把两面角w称为“局部两面角二定义为连接曲面的焊缝给定点，两切面的夹角。

主管

a.TKY管节点的基本形式tn一支管壁厚0一主支管夹角

5-主管壁厚（对于T节点，0=90°）

dn—支管外径W一两面角

主管外径力一坡口角度

b.Y节点焊缝的形状及结构参数

不开坡口，w<20°20°WW<30°,取<1)=15°

30°WW<90°,取6=w/2ur>90°,取>=45°

(0坡口角度的确定

图2-1Y节点焊缝形状及结构参数

2.1.2坡口尺寸及留根

焊接坡口开在支管上，根据APIRP2X标准，间隙量3与两面角w的关系见表2-1。

表2—1两面角W与间隙量3(mm)的关系

两面角间隙量3(mm)

>90°0-4.8

45〜90°1.6-4.8

<45°3.2〜6.4

根据表中给出的间隙量范围，施工时按图2-2近似求解方法，确定3值，图中8为留根高度

(钝边),一般取2mm。

图2—2根部间隙的确定

2.1.3有效焊缝理论厚度T的确定

根据主支管的形状尺寸以及焊缝所在部位，用作图法确定有效焊缝理论厚度T（mm）,具体作

图方法是：在焊喉最低点A,作一条垂直于主管壁的直线，交于主管内壁B点，从B点下移长度

T,交于主管内壁C点，再作一条垂线BC=T。T就是有效焊缝理论厚度。

T=tn/sinV式中t“支管壁厚（mm）,W为该处两面角。

图2—3有效焊缝理论厚度作图求解

在探伤中，确定缺陷位置，标准中只要求标记缺陷所在区域：在厚度T内的焊缝截面为焊缝

有效区“2区”，有效焊缝区以下的根部为“1区”，有效焊缝区上部焊缝截面为“3区”。

API标准不要求确定缺陷深度，这一点与一般焊缝探伤缺陷定位有所有不同。

2.1.4T、K、Y管节点焊缝位置表示法

采用时钟刻度法表示焊缝截面上某点的位置，作图方法如图2-4a,将支管外园周等分12

等份，并分别向管端作管轴平行线，交于焊缝根部12个点。以主支管相支锐角处一点为脚尖，

另一锐角处为脚跟，其余部分焊缝投影均称脚边，如果将椭园形焊缝投影在X-XSY—Y，平面

上。脚尖处为0点钟（或12点钟），脚跟处为6点钟，以时钟指针转动为序，脚边焊缝分别对应

1、2、3、4、5,7、8、9、10、11各钟点。

8向

图2-4焊缝截面投影图

从图2-4a中可以看出Y节点焊缝投影对称于X-X'轴，T节点则分别对称X—X'和Y—Y'轴,

因此对Y型管节点焊缝只要知道0:00到6:00或6:00到12:00的焊缝截面情况，则整条焊缝截

面情况便可以知道了，而T型管节点，只要知道一个象限的焊缝截面情况，就可以知道整条焊缝

上各点的截面情况。

2.1.5焊缝截面的形状

如图2—4b所示，在焊缝上A、B两位置，分别垂直于焊缝方向进行切取，得到A、B两位置

的焊缝截面图形，从图中可以看出，主支管壁存在曲率，并按椭圆形分布，焊缝两位置的截面，

截面形状是不相同的。

综上所述，我们可以将T、K、Y管节点焊缝形状的几何学特点归纳如下：

⑴焊缝截面是连续变化的；

⑵两面角与坡口角度是连续变化的；

⑶根部间隙是连续变化的；

⑷焊缝截面形状较复杂，主支管截面相交是椭圆，这将导致声程不断变化。

2.2影响管节点焊缝超声探伤结果的诸因素

2.2.1曲率的影响

T、K、Y管节点焊缝，主、支管截面所对应的椭圆度不同，在同一截面上的，不同位置其曲

率也不相同，是影响探伤结果的主要因素。对探伤的影响(与平板焊缝相比)表现在以下几点：

(a)探头在支管上的位置与曲率变化的规律

图2-5所示，探头在支管上垂直于椭圆形焊缝移动，0c角表示探头轴线与支管圆周线夹角。

A位置：ec=o°(相当于探测支管纵缝，属于极端情形，此时曲率最大)

C位置：9c=90°(相当于探伤支管环缝，与探测平板焊缝相似，此时曲率最小为0)。

因此节点焊缝探伤，一次声程总是介于A与C位置之间不断变化，也就是曲率不断变化。

B位置：0c=45°。

图2-5(b)所示9c不同，声程的变化图，探头B角固定后

。c=0,曲率半径为R,一次声程最大。

0c=45°,曲率半径增加，一次声程减少。

0c=90°,相当于平面探伤，曲率半径8,一次声程最短。

A,8c=0°

D=2R

B,8c=45°

D>2R

C,9c=90°

D=oo

(b)

图2-5探头在支管上三个典型位置

(b)一次声程的改变及声程修正系数K

与平板焊缝相比，支管曲率越大，一次声程就越长，曲率大小对扫描速度调整及缺陷定位有

直接影响。

图2-6所示为曲率变化与一次声程的关系。

1平板（厚度为T）声程oa

2曲率较小声程ob

3曲率较大声程oc

4曲率最大（圆曲面）声程od

图2-6曲率变化与一次声程的关系

一次声程变化，除与©C有关外，还与支管内外径，壁厚及斜探头折射角B有关，因此声程

修正系数是一个综合因素。

如果以9c=0°（相当于探测筒形工件纵缝，探头纵向移动）为基准。此时相当探测平板焊

缝的一次声程X平，X+=d/cos6（d为壁厚，d=R-r；R、r为支管的外半径和内半径）。

对应各种折射角，其一次声程修正系数K=X/X平，经过数学运算，可导出：

k=-^―=—ctg/3•sin[sin_1（——sin/?）-J3]..................................2-1

x平dr

上述公式。c=0°的情形，OcWO具有普遍性，经过一系列数学推导，得出:0〈0c<90°范围，

对应不同8角，koc一次声程修正系数公式

R-d-cos20R，sin

c。.t。］

小K〃,领叫sm2-2

R-d-cos20)

式中：R-支管外半径，0c探头轴线与支管周线夹角，d支管壁厚，B斜探头折射角。

公式2-2具有代表性，适用于不同曲率，不同焊缝位置，不同折射角一次声程修正系数。

当9c=90°,是对公式2-2求极限，则得出

lim%=1

^->90,

公式2-2在管节点探伤中的应用举例：

如支管R=400mm,r=360mm,d=40mm,将斜探头折射角B=45°、60°和70°时，代入公式2-2

中并作图，声程修正系数k6c与0c关系如图2-7。

图2-7一次声程修正系数图

从图2-7可知：6=70。声程修正系数最大，而B=45。声程修正系数很小，最大才达到1.1。

该曲线是指导声程修正的重要理论曲线，经验证与实际一致。因此公式2-2是节点焊缝探伤时,

不同位置(不同£角)，与9c的数学模型之一。数学模型还有一种椭圆形式。建立k6c数

学模型的目的是为计算机制作截面图提供依据,减少费时费工的手工作图过程,并可修正手工作

图的误差。

(c)探头接触面积减小

斜探头在支管上垂直于椭圆焊缝扫查，一般斜探头其楔底为平面，管节点焊缝探伤不修磨探

头。支管的曲率越大，探头与探测面接触面积越小，甚至是线或点接触，此时不仅探头声学特性

变化，更重要的是耦合不良，声能损失大，使回波幅度下降。为解决这一问题，应尽量采用小直

径探头，以改善接触条件，同时调整灵敏度时，注意因曲率不同的补偿。见图2-8。

图2-8实际的耦合条件

(d)反射面为曲面，使回波高度下降

根据声反射的理论，声波透射到底面，由于底面呈凸面，使反射声束发散，如是底面回波,

声压也会卜降，与同厚度的平板相比，反射回波高度仅为平面回波高度的倍

2.2.2不能检测的范围：

超声波扫查不到的焊缝截血的范围叫“死区”，即不能检测的范围。不论用何种角度的斜探

头，均出现“死区”，“死区”范围与焊缝截面两面角W(或坡口角度小)有关，其规律是两面角

wW90°,折射角增加时，则“死区”1区变小，3区变大。当w>90°,折射角增加，1区变大,

3区变小。如图2-9所示。

2.2.3.尺寸的影响

探伤前，必须对主、支管的尺寸实际测定，测定坡口附近的主、支管壁厚及主支管夹角

定位焊后要实测间隙量3,留根高度6等。因为这些原始数据，对探伤结果，特别是缺陷定

位精度十分重要。这些尺寸的误差最易引起漏检或误判。图2-10是实际管壁厚度3与标称尺寸

3标的偏差较大。引起根部缺陷的误判。

w〉90°时的情形

图2-9不能进行探伤的区域

如图2-10(a),实际壁厚大于标称尺寸时，导致误判，实际壁厚小于标称尺寸，导致漏检。

如图2T0(b),实际间隙为3”A点为焊根反射，增加到a?,A点为内部缺陷。

图2-10尺寸误差导致误判或漏检

2.2.4探头性能的影响

选择不同折射角探头，“死区”大小不同，一次声程修正系数k昵不同，缺陷检出率也不同,

因此，探伤时，折射角要实测。由于声束的扩散，产生入射波漂移现象。如图2-11所示，按正

常折射角作图，反射信号为主管侧的缺陷A,实际是上边声束扫查到根部B点，它是上扩散角的

反射信号，为此要求准确的测定斜探头的前、后扩散角，以免误判或漏检，这种现象称入射波漂

移。

探头的尺寸尽量的小，以保证良好声接触，因为曲率不断变化，声压损失大，工程上一般不

修磨探头，实际上修磨探头也无意义。

探头频率一般2〜6MHZ,因为钢管比钢板的晶粒度要细些，材料的衰减系数较小，为使声束

指向尖锐，提高缺陷分辨力，可用比平板焊缝探伤时频率高的探头。

图2T1入射波漂移导致误判

2.3管节点焊缝超声波探伤的难点

从2.1、2.2节可知，管节点焊缝与平板对接焊缝或管道纵缝超声探伤相比，难度甚大。

2.3.1反射波识别困难

焊缝截面、坡口角度4）,两面角V等结构参数随焊缝位置钟点刻度不同连续变化，从而使反

射波识别变得困难。

以Y节点（主管D610X23、支管DM57X16、0=60）焊缝为例，用5Z10X10A70探头，前

沿12mm探伤节点焊缝。

结果是在0:00位置，一次波最大声程50mm,里波声程15〜27mm,缺陷一般出现在此范围内，

一次波可能有底波。二次波最大声程141mm,里波声程83〜106mm之间。

而在6:00位置：一•次波最大声程86mm，里波范围39~52mm,二次波最大声程135nm，里波

范围85〜113mm,二次波可能出现底波。

缺陷波出现位置不是固定的：在0:00位置，声程48mm可能是底波，在6:00位置同样声程

可能是缺陷波；在0:00位置声程105mm为缺陷波，而在6:00同声程的信号可能是主管内壁反射,

这种缺陷波与非缺陷波反射信号不断改变声程，使缺陷波识别变得复杂。

2.3.2缺陷定位方法复杂不准确

不同的声束截面，主支管均为椭圆，曲率不断变化，使半跨距的声程等参数不断变化，导致

缺陷定位方法复杂，不准确。

2.3.3缺陷当量误差大

由于曲率变化，声耦合难以保证，灵敏度补偿量频繁调整，使当量精度难以保持一定范围。

由于焊缝沿节点相贯线伸展，无论用6dB法或20dB法测长均存在较大误差，缺陷自身高度

的测定误差更大。

2.3.4对根部或焊缝有效区的缺陷区分困难

APIRP2X标准要求区分根部还是有效区的缺陷，不同位置缺陷是区别对待的，而实际探伤是

较难区分与判定的。

2.3.5伪缺陷信号难以判定

山于坡口间隙量测量偏差、尺寸的偏差、折射角的偏差等都会引起伪缺陷信号，造成误判或

漏检。

2.3.6探伤现场条件

室外探伤，夏天阳光直射下钢管表面温度可达80℃,探伤人员难以忍受，由于温度升高，有

机玻璃及钢管中声速变化，使折射角增加，探伤仪扫查速度有所改变，对缺陷判定、定位及当量

均有影响。

第三章仪器探头试块及应用

3.1探伤仪、测厚仪

3.1.1超声波探伤仪

（a）为满足管节点现场探伤，推荐使用数字式便携探伤仪。仪器可储存多幅DAC曲线波形。

如:国外仪器:德国KK公司：、USN60、USN52、USK7D。

美国泛美公司:EPOCHIII（Model2300）、EPOCHI1IB（MODEL-2400）«

国产数字式：东大电子CUD2050、武汉中科创新技术公司：HS510、HS600a等。

（b）探伤仪性能要求：水平线性W1%；垂直线性＜±5%：组合灵敏度余量＞40dB；衰减器精

度：任意相邻12dB误差＜ldB；步进级：每档不大于2dB；总调节量应大于60dB。（管节点焊缝探

伤时，模拟式和数字式仪器都可用。）

（c）超声波测厚仪。性能应满足：ZBN7701-89〈超声测厚仪通用技术条件》要求

测厚误差：|±1%H+O.1mm,H为厚度值。

管材测量下限使用管材最小壁厚与外径组合表示（8min/D）,其误差不超过0.2nun。

测厚方法：按GB/T11344-89《接触式超声波脉冲回波法测厚》的7.3.2条规定，探头轴中

心线必须与管轴中心线垂直，并通过管中心；用双晶探头时，探头分割面与管轴中心线垂直并通

过管轴中心。

（国产小10分割探头，测量小20X3mm管壁，误差±0.2mni）

3.2探头

3.2.1横波斜探头：国产：5Z10X10A70（60、45）、5Z8X9（60、45）、5Z8X12K2.5（2、

1.5）o

德国KK公司：MWB45-N4,MWB60-N4、MWB70-N4（晶片尺寸8X9）。也可以选用接触式聚焦探

头。

QCX45（60、70）晶片尺寸4*6.3（10MHz微型探头）

辅助探头:直探头（国产2.5P20Z或5P20Z）

3.2.2横波斜探头应实测如下参数（含组合）：入射点（探头前沿）、折射角B、不得有双峰、

水平偏角W2°

纵向分辨力；探测CSKTA试块650、44、40三阶梯，使650、44反射波高相等，波峰/波谷

△dB=Z>6dB.

横向分辨力：探测JISSTBA2试块间距6mm的64X4柱孔，两孔反射应区分开来。

灵敏度余量：将仪器抑制关，增益量最大，使燥声电平达10%(FSH),记下衰减器dB读数岫

探测IIW试块R100图弧面反射波达50%(FSH),记下衰减器dB=Ni

灵敏度余量：N=N,-N2N>40dB(还有其他方法测定灵敏度余量)

3.3试块

3.3.1APIRP2XA级对比试块，见图3T

OO.I

38n

38~8

1hE

用于检查最大厚度

图3-1用于A级检验的对比试块

3.3.2其他试块：IIW或CSK-IA、HW2(牛角试块)、I•0•W(英国焊接学会试块)。

综合校验：70°折射角探头探测IIW试块41.5小孔，找到最大反射波，读出声程W,当

(W+0.75)•cos70°=15+0.5,认为综合校正合格。

60°、45°折射角探测650孔，找到最大反射波，读出声程W,(W+25)•cosB=70±0.5为

合格。

3.4试块的应用

3.4.1APIRP2XA级试块与不同角度的斜探头配合，主要用于制作DAC曲线。

用1.6义L6凹槽，制作DAC曲线步骤如下:

将探头放在探测血上对准凹槽，前后移动探头，找出凹槽最高反射波，用衰减器将反射波调

节到0.5S,80%~100%（FSH）,记下衰减器读数，以后灵敏度不变，分别探测1S和1.5S的凹槽,

找到最高反射波，分别标记在荧光屏上，把0.5S、IS、1.5S各点最高反射波标记点，三点连成

一条光滑曲线，即是某折射角的100%DAC曲线。

把0.5S、IS、1.5S最高反射波各自下降6dB,这时三点连成光滑曲线，即为50%DAC曲线。

最后把0.5S声程前，用水平线延长到纵坐标，DAC曲线制作全部完成。

0.5s1,0s1,5s

135

同样步骤，取声程-5,-5,-5……用试块61.6X38mm反射体，又作了另外一幅DAC曲线，

888

前者用于根部缺陷探测及评级，后者用于根部以外截面焊缝缺陷探测及评级。

3.4.2其他试块如CSK-IA、IIW2……用于测定仪器与探头的组合性能或探头性能。

3.4.3关于探伤灵敏度（基准灵敏度）和扫查灵敏度的调节及DAC曲线校正在以后几章中会

提到。

3.5耦合剂

作DAC曲线和现场探伤应为同种耦合剂。以免耦合原因使灵敏度变化。

因为现在探伤节点焊缝大多呈倾斜式，为防止耦合剂快速流失，选用粘度较大的耦合剂为宜。

黄干油粘度大，但清洗困难，因此选用20#航空滑油、CMC（化学桨糊）或75%干油。

注：在作DAC曲线时，探头与试块耦合尽量不使用甘油，以免试块用后生绿锈斑。

第四章管节点焊缝超声波探伤探伤要点

4.1目视检验与尺寸测量

4.1.1探伤人员接到检查人员的超声探伤申请单后，应核对工件名称、结构、编号是否符合

申请内容，焊件应力延迟时间是否足够。并对外观复视，复视的内容有：对表面焊接飞溅、油污

的清理情况，表面有无裂纹、锈蚀、表面焊渣、咬边、超边、凹坑及焊肉过高或过低。

4.1.2尺寸测量

(a)管节点的实际厚度与图纸的标称尺寸可能有较大的偏差，直接影响探伤准确性。因此探

伤前必须实测3、t“值。测量方法是用超声测厚仪,在主支管上分别选择四个位置,通常选择0.00、

3.00、6.00、9.00四个钟点位置，每点测量三次取“平均值”，并作出标记，与图纸数据对照，

作为探伤第一手资料。

(b)纵波探伤(0角度)

纵波探伤的目的检测母材是否存在有可能影响横波探伤检验结果辨认的反射体，主要探伤部

位是横波检查的母材、钢板整张复查、局部复查。

纵波探伤范围大于横波探伤范围，灵敏度调节方法是至少显示4次底波，以灰波高80%为灵

敏度。

4.2焊缝根部的标记

API探伤标准十分强调作根部标记，坡口加工后，焊接前，对检查的构件，应在离开根部一

定距离的探伤面上，用划痕或打冲印方法作出焊缝根部标记，确保焊后根部位置准确性，因为焊

后支管一周根部位置的标记依然存在，这些标记在超声探伤时提供了根部在表面上精确位置。并

帮助探伤人员把合格的根部凸出部分与根部缺陷区别开来，也是制作焊缝断血图的重要依据。这

项工作最好山探伤人员亲自动手。

4.3探伤面修磨

清除焊接飞溅、油污、氧化皮、油漆层，对探伤面修整后，粗糙度不大于6.3um,表面修

整长度，满足斜探头移动L5倍垮距要求。

修磨长度：L21.5(2t„tgP)(mm)...........................................4-1

4.4特殊焊缝截面图的绘制

4.4.1Y形管节点焊缝，至少绘图七张特殊焊缝截面图(在0.00~6.00范围内截取0.00、

1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00七个钟点)，每个截面图作好后,在图上标出实测的3、

w、4）,同时画出斜探头在探测面上极限的移动范围和声程路径。截面图尺寸为1:1。作为实际

探伤时的重要参考资料•，它是确定探测范围的依据，也是判定缺陷、缺陷定位、测长、测高等重

要资料。

对同一型号批量的管节点，可复印多套备用。

4.4.2焊缝截面图绘制过程

作图工具有万能取形规或橡皮泥、量角器、蛇尺、以及制图仪器及绘图纸张。

作图（或缺陷定位）的基准点是椭圆形焊缝长轴与组装工艺线交点a（0.00钟点）c（6.00

钟点）为基准，即焊缝脚尖与.脚跟。

A-A

<oO基准点及时钟截面钟点的截取

（b）截面图制作过程

(4)

图4-1焊缝截面图的绘制示图（0.00点为例）

作焊缝上某钟点的截面图程序如下：

（1）用万能取形规或橡皮泥沿两条线组成的平面截取焊缝外表面的形状。在主、支管上分别

划出两条垂直于焊缝长度方向的线，记下主管、支管对应方向，将截取的图形仔细的画在纸上如

图4-lbl

（2）主支管壁厚的绘制：将主支管外壁曲线延长，以实际壁厚3、3,按外壁曲率画出内壁

曲线。用量角器测出两面角W,标记在图上，如图4-lb2。

（3）复制焊缝截面：沿主管外壁按间隙尺寸3画平行线，再从支管底部沿上述平行线画出留

根厚度6,按两面角W,画出坡口角度。，如图4Tb3,可按API标准取留根厚度6、3及坡口

角度。，如果预先实测，则以实测的6、3、为准。

（4）绘制模拟声程路线图：按入射点位置和折射角在支管上画出声程路线图，折射角为45。、

60°、70。三种典型位置的路线图，见图4-2。同一截面三种角度作三张。

［注意］作好的焊缝截面图是超声探伤的原始资料，可复印多份，请产品验船师审查与认可。

七个焊缝断图样如下：（制作截面图需要花费两个熟悉探伤人员半天时间）

图4-2每个焊缝七张特殊位置焊缝截面图

4.5.3传递补偿的测定

（a）作DAC曲线用APIRP2XA级试块（技术文件对试块的材质，热处理状态，晶粒度及探测

面加工粗糙度有明确规定，使超声能在试块中传输处于理想状态），T、K、Y管节点焊缝探伤，声

束在支管和焊缝中传播。支管表面和底面粗糙度及曲率、金相组织，晶粒度等均与试块不同，为

了使探伤灵敏度不下降，在探伤前要测定试块与工件的耦合差及不同位置的曲率差及材质差，综

合测定后以dB值表示。

(b)测定方法：一发一收双探头穿透法(60°、70°分别测定)

以70°折射角为例，首先选择两个声学性能、规格相同的70°折射角探头两只，A试块的厚

度与待测支管厚度相同或相近，比较A试块和支管一个跨距、两个跨距反射波幅，测试时探伤仪

“抑制关”，以试块上一个跨距声程，一发一收探头、接收波调节到80%(FSH)为基准，以后，

dB旋钮(灵敏度)不动。见图4-3。

一个跨距声程

试块

试件

X&

-据咬平而

R”△dBi

T测定IS时不用计算，只要移动探头，找到Ri、R2最高反射波即可

R?E]j例如，曲率最大处反射波形,0

<试块反射波高

(1)曲率最小处再与试块反射波比较，两者

TC/3KZ

别为△dB,即为(1)传递

△dB3T口二I二试件曲率最大

补偿

(2)中等曲率ISIS

曲率最大处反射波形

△dB2

图4-3测量传递补偿

(c)平均传递补偿：

⑴+AJB(2)+AdB⑶.......................................................

L\CiD—....................................."乙

3

为了使探伤传递补偿更符合实际，在曲率大(1)附近补偿量调节就是△dB(1)余此类推，

这样操作时稍为麻烦，探伤人员可根据实际情况使用平均传递补偿，还是按部位补偿。

(d)在对缺陷当量(波幅比较)时，100%DAC+该截面传递补偿(△dB),当量较为精确。

(资料介绍不同曲率的传递补偿最高差可达20dB)

4.6DAC曲线的制作

DAC曲线制作有两种反射体，根据APIRP2X提供对比试块图纸：一是01.6X38mm盲孔；一是

1.6X1.6X38mm表面平底槽。

对于根部缺陷应用70°或45°探头,A级灵敏度用1.6义1.6乂38廊平底槽作》八。有效焊缝

区的缺陷用＜H.6X38横盲孔作DAC曲线评定（见图4-4a）；根据管件厚度选择T。试块厚度T

与管件厚度相同或相近。用＜M.6X38mm反射体作DAC,根据B,要计算各位置声程，同时调好

扫描速度。

4.6.1横孔DAC曲线制作

每种探头作一组DAC曲线，不同的探测范围及不同角度探头的DAC曲线不能混用，DAC曲线

作法如下：

先探测1s处61.6横孔，找到最大反射波，调满刻度80〜100%,为第一点，然后探头在2

8

位置探测@1.6横孔，仪器灵敏度不动，找出最高波，标记在荧光屏上为第二点，以此再作第3

点、第4点、第5点，将1-5点连成光滑的曲线，即为4＞1.6横孔100%DAC曲线（不少于4点）,

然后将各点下降6dB连成曲线，即50%DAC曲线（不少于4点）。

①1.6X38

位置

置1,S/8

位

置2,3S/8

位

置3,7S/8

位

置4,5S/8

位5,9S/8

:SI।II11

全跨距声程2、4%

(a)0.5S=T/cosP,lS=2T/cosP,

位置1声程：S/8=2T/8cosB=T/4cosB

100%

80

60

反射体⑦1.6X38

40

20

声程（mm）

0

图4-461.6X38横孔DAC曲线

4.6.2无论用何种反射体作DAC曲线，在探伤程序中，必须明确规定其用途，该规程应征得

业主、监验人员认可。探伤前DAC曲线校核不少于2点。

4.7时基（时间轴）扫描调节

时基扫描的调节以声程为基准，不象平板对接焊缝那样可以用水平或深度比例调节时基。时

基扫描应以不同角度的探头，不同厚度t“及一次声程或二次声程为依据。用计算法标出最大声程,

再用CSKTA或IIW2（牛角试块）调节，用APIA级试块!丁处横孔调节最好。

4

探测范围调节见表4-1»

表4-1探测范围及扫描比例

探测面壁厚（mm）折射角（度）探测范围（mm）扫描速度

tnW1670、60、45100或1251：1或1：1.25

支管侧探伤

tn>1670、60、45200或2501：2或1：2.5

t„W2545（或Kl.5）100或1251：1或1：1.25

主管侧探伤

t„>2545（或KI.5）200或2501：2或1：2.5

4.8粗探伤

4.8.1粗探伤灵敏度：粗探伤灵敏度比基准灵敏度（即100%DAC）高6〜8dB（考虑传递损失）。

4.8.2探伤面的选择

探头在支管上对准焊缝延伸方向扫查是探伤的主要方向，探测面选择在支管上理由如下：

（a）因为支管管壁薄，•次声程短，声压损失小，有利于发现焊缝中缺陷。

（b）支管上开坡口，用直射（一次）声程和反射（二次）声程，能扫查投射到焊缝截面不同

的位置。如在主管上扫查，主管外壁移动探头，一次声程对探伤焊缝无用，二次声程反射后进入

焊缝，声程已经很大了，故只有必要时，才在主管上扫查。

（c）手工焊节点焊缝产生缺陷多在根部或支管熔合线侧，在支管上探伤容易发现该部位缺陷。

4.8.3探查范围

扫查时声束必须垂直焊缝延伸方向，以提高缺陷检出率，为使扫查范围准确，应在支管圆周

上标出一个跨距的范围，不同折射角该范围是不同的。

4.8.4扫查方式，与平板对接焊缝类似，主要有前后、左右、锯齿扫查、定点转动和环绕扫

查。见图4-5。

锯齿形移动

图4-5探查方式

探头移动速度不超过150mm/S,每次横向移动重叠距离不小于探头宽度10%。探伤中发现可疑

信号，先标记在主管上。

4.9精探伤

精探伤的目的是：对粗探伤所提供的“缺陷信号”是否确实由缺陷所致，并对缺陷的位置、

大小及长度（高度）测定，这是探伤中至关重要的环节。

关于精探伤中缺陷的判定、缺陷定位、当量及测长方法等将在以下各章中详述

第五章缺陷的判定

海洋工程管节点焊缝超声波探伤，“判定”的含义有两条：一是判定反射信号是否由缺陷引起

的，二是确定缺陷大小、种类、位置及分布。由于管节点几何形状复杂和超声波检验的局限性，

准确的“判定”还存在诸多困难，因此，缺陷的判定是引人注目的大问题。

5.1伪缺陷信号的特征及识别

首先判定反射信号是否因缺陷产生的，是缺陷定位的前提，反过来对“信号”位置的确定，

又是判定它是否是缺陷的重要依据，下面介绍一下常见的伪缺陷的信号的来源及特征。

5.1.1尺寸误差伪信号及特征

（a）间隙量测量误差是：由于作图中未考虑周全，所以同样根部A点反射信号可能误判为缺

陷A。反之，把真正的缺陷A误判为根部信号，造成了漏检。鉴别方法是观察动态波形，以及改

变B角，因为真正根部反射总是有延续长度的，且波幅甚高。（图5-la）。

（b）支管壁厚的误差（参见图57b）。

（c）折射角变化（图5-1C）,用油手指触模法，观察是否为上部A的反射，下焊角根部反射

参见图5-la«

（d）声程的变化

由于焊缝不同位置，主支管截面均是椭圆，曲率连续变化。因此一次，二次声程长度也不断

变化。影响对缺陷的判定（图5-ld）,解决办法是精确作图，（t“、3、里、小为实测值），二是

计算声程修正系数kac,通过精确测定声程对缺陷信号定位。但计算koc公式复杂，实际操作

中不用。

5.2根部反射回波的特征与识别

焊缝根部是缺陷发生率较高的部位，很容易与根部反射波混淆，造成漏检或误判。根部反射

回波的特征是：反射波幅有一定的幅度，探头前后移动反射波消失快，左右移动时，波幅呈凸形

包络线，改变角度后，有可能发现不了此波。由于探头前后的扩散角均可能扫到该部位，易引起

误判。故在判定时要作出截面图，同时对探头前后扩散角要精确测定。

焊缝根部（包括上、下根部）回波变化及相关因素见图5-1、图5-2。

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