海上平台结构管节点焊缝的超声波检测

徐学武，张永山

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，湛江 524057；2.湛江中海石油检测工程有限公司，湛江 524057）

海上平台结构主要由结构管和工字钢组成，以结构管为主。结构管与结构管连接的焊缝，会形成各式各样的管节点焊接，其结构型式主要有三种：T型、K型和Y型，如图1所示。

1 管节点焊缝的结构特点

分析管节点的结构可知，T型是Y型的特例，即主支管轴线夹角θ＝90°的Y型；K型可视为两个Y型的组合。因此，掌握Y型焊缝节点的超声波检测技术要领最为关键。

图1 管节点焊缝形式

一般管节点的结构为：主管直径D1＝600～2 000mm，壁厚T1＝18～80mm；支管直径D2400～900mm，壁厚T2＝12～60mm；主支管夹角θ＝20°～90°。Y型管节点焊缝的结构不规则，主管直径粗大，且是主受力构件，坡口一般开在支管上，一般由手工焊接而成。

2 超声波检测器材的选择

2.1 探头

由于管节点焊缝的支管直径较小，探测面的曲率比较大，因此探头的尺寸小一点的好，在很大程度上可以改变耦合效果。常用的有10mm×10mm，8mm×12mm，8mm×8mm等几种晶片尺寸。由于不同探测位置的截面曲率半径不同，所以探头接触面的部分需要修成与支管表面相吻合的曲面。管节点焊缝的主支管材质晶粒细小，为了提高灵敏度和分辨力，宜选用较高的频率，通常为5MHz。

实践证明，在Y型管节点焊缝超声波检测中，采用折射角为45°，60°，70°的斜探头较好，70°的斜探头缺陷检出率相对高些。

2.2 超声波检测仪

试验主要使用数字超声波检测仪。

2.3 耦合剂

由于探测面大多是倾斜面，耦合剂如果粘度低就很容易流失，对探伤不利，所以通常选择化学浆糊作耦合剂，其相比黄油、润滑油等成本要低，耦合效果和它们相当。

3 超声波曲线的制作

3.1 时基线比例的调整

管节点焊缝探伤一般采用声程法调节仪器的时基线比例，不用深度或者水平法调整。因为声程法定位方便、直接。在调节前应根据需要检测的声程范围来调节，通常为1.5倍的跨距，试块可以是CSK－ⅠA或者国际焊接学会标准试块ⅡW试块。

3.2 灵敏度的调整

通常采用API RP 2X检测标准，以对比试块上的1.6mm×1.6mm方槽或者φ1.6mm的孔为灵敏度，通常采用一次波80%作为DAC的起始点，也就是探头放在0.5s处，如图2所示。考虑到耦合和接触面声能的衰减，通常在原有灵敏度的基础上适当提高6dB，作为检测时的灵敏度。

图2 距离－波幅曲线制作示意

4 超声波检测的技术要求

4.1 各个节点位置定位方法

通常按照时钟法，脚尖为0点，顺时针方向旋转依次为1：00，2：00，……，如图3所示。

图3 节点焊缝定位方法

4.2 缺陷的定位要求

（1）在T，K，Y管节点焊缝的超声波探伤中，首先是对反射信号的位置测定。只有确认反射波并非“伪缺陷信号”之后，所进行的定位工作才是真正意义上的“缺陷定位”。在判定某反射波确由缺陷所引起之后，还要看其波高是否已超标，对未超标的缺陷，原则上可不予测定，可借助作图方法给予定位。

（2）严格确定缺陷所在截面处于整条焊缝长度方向上的位置。判定缺陷是处于支管侧熔合区、焊缝中间区，还是主管侧熔合区三个纵向区域。判定缺陷是处于焊缝的上部、中间部、还是根部三个横向区域。

4.3 操作技巧及要求

（1）扫查前，要对探头扫查区域进行清理，因为焊接时形成的飞溅物使探头耦合不良，容易产生干扰波和漏检，还加速了探头的磨损。

（2）一般以横波斜探头从支管上进行检测为主，必要时可从主管上做辅助检测。检测时，探头应尽可能始终与焊缝保持垂直，定位采用声程法。

（3）探头在支管上扫查的方式与平板对接焊缝类似，主要有锯齿形、前后、左右、环绕及转角扫查等。相邻两次扫查至少要有探头晶片面积10%的重叠，扫查速度不大于150mm／s。

（4）扫查过程中发现缺陷后，要测定缺陷的位置、当量大小以及指示长度，焊缝内的缺陷有一定的规律性。统计数据表明，70%的缺陷出现在支管焊缝的熔合区，且大多出现在焊缝的根部及中部［1］。缺陷位置常用作图法确定，用取样规、直尺以及量角器等工具按照1：1的比例来做。

（5）在管节点超声波检测中，常会出现干扰波、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，在管节点焊缝某一些部位进行检测时还存在着盲区，如图4所示，检测盲区的大小与主管与支管之间的夹角、探头的大小和角度有关，采用不同探头和在主管上进行辅助检测可以减少盲区。

图4 盲区位置（阴影部分）示意

5 结论

由于管节点具有不规则性，所以在检测的时候要采用多种探头互相配合检测。一旦发现异常信号波，要采用作图分析法记录下来，结合现场的实际情况认真分析，使检测结果可靠，避免发生误判和漏判等情况。

［1］ 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织编写.超声波探伤［M］.武汉：中国锅炉压力容器安全杂志社，1995：224－226.