T型接头TOFD检测时缺陷深度的定位计算与评判.docx
标准NB/T47013.10-2015适用于等厚平板对接接头的TOFD检测，而不适用TT型接头的ToFD检测“等厚平板对接接头TOFD检测时探头间距等F直通波声程，深度定位计算的实质是计算以直通波声程为底边与以衍射波半声程为斜边的等腰三角形底边的面,但T型接头除我板下表面中心点之外，其他焊缝位置的衍时波路径与直通波路径所形成的都是非等腰三角形，与等厚平板对接接头的计匏不同，故需对该种型式接头TOFD检测时的深度计算方法进行研究，以满足实际检测工作需要。T型接头结构及缺陷分析在承压设备中，T里接头多用于平封头与受压元件的连接，根据标准GB。犍豆11.NT型接头结构示克：由图1可知，T型接头可能存在的焊接缺陷包括翼板下表面dee处的未熔合（简称翼板未熔合）和腹板坡口fc、gc处的未熔合（简称腹板未焙介）以及接头角焊（简称角焊缝）中的内部缺陷（如缺陷j）°对T型接头而言，翼板未熔合和腹板未熔合是危害性最大的缺陷，检测时应重点关注。所以T型接头翼板未熔合和腹板未烙合缺陷埋藏深度的检测和定位是ToFD检测应解决的主要问题1>T型接头TOFD检测深度定位计算T型接头TOFD检测非平行扫查探头布置如图2所示，其布置方式为发射探头与接收探头均置r翼板上表面，分别位于角焊缝外边缘延长线与黑板上表面的交点a、b处，并对称于接头中心线(简称中心线)。即探头某一角度为的声束与角焊缝外边缘线df、ge相切，以确保声束对角焊缝的全程盖。两探头某一角度为的声束交点位于接头中心线上0点。图中探头a为发射探头，探头b为接收探头，直通波沿我板上表面路径ab传播Pr=RfII+/Qtan-IU2KSV2PFGO耳剪I1'Mnun图2T里接头ToFD检测非平行扫杳探头布置示意直通波的传播路径与经典板未烙介CI点、腹板未熔介f1.点及角焊缱内部缺陷i点衍射波的传播路径所形成的非等腰三角形分别为ac】b、afib和ajb.显然，上述3个三角形均与仪器按探头中心距(PCS)所默认的等股三角形不同，故仪器预置的深度定位计算程序无法适用于T型接头。因此，须对探头布置、图谱测量的显示深度与实际深度的修正计算等问题做相应的处理。经翼板未熔合C1.点、腹板未熔合f1.点及角焊缝内部缺陷j1.点衍射波的传播路径不同，因此对这几种情况需分别讨论。1翼板未熔合O1.探头布置、探头间距以及直通波声程如图2所示，T型接头黑板母材厚度为tn,腹板母材厚度为1.Pa设置如上节所述，经修正计兑：Pcs=t+2(t1.1.+K1)tan3(1)式中：K1.为腹板焊脚尺寸：B为线段df与法线方向的夹角。02模拟衍射点、模拟路径声程、模拟等腰三角形及模拟深度的计算强板未烙合模拟深度计算原理如图3所示，翼板下表面Ci点距中心线的距离为X，经CI点的衍射波路径为ab,其声程为：Z.=1.1+1.2=z+(S-Jr)2112+-S+z)2.在中心线上可确定点C,使路径ac1b与路径acb的声程相等.d点称为模拟衍射点，经模拟衍射点的路径ac,b称之为模拟路径，其声程1.'=1.'+1.2=2(M+S)称之为模拟路径声程。模拟路径声程等于实际路径声程，即I=匕模拟衍射点c，与翼板上表面之间的距离卜称之为模拟深度。以直通波声程1.o为底边，模拟路径acb半声程为斜边的等腰三角形ach称之为模拟等腰三角形，模拟深度出即03显示深度及实际深度的修正计算如图3所示，模拟等腰三角形ach与实际等腰三角形ac】b底边相同，均为探头中心距，I1.等于直通波声程，即PCS=1.0,则直通波传播时间S=1.o/V1.（V1.为声速），模拟路径声程等于实际路径声程，则模拟路径传播时间等于实际路径传播时间，即Tr。所以，模拟路径与直通波的时间差等于实际路径与直通波时间差，即At'=At。仪器设置时输入探头间距Pcs=1.o,当测得经c】点的衍射波与直通波的时间差小时，可计算C1.点的显示深度为:riw.=yArV1.(21.0+ArV1.)12乙同样，当测得经C，点的模拟衍射波与直通波的时间差怔，时，可计算C，点的模拟深度为：=4M%(21.)+MV)T2乙由前述可知，AtA,则hci显=卜，所以把模拟等腰三角形作为默认等腰三角形，并计算其底边高度所得到的模拟深度卜即CI点的显示深度hc1.W(以下均称显示深度h')。由前述知.模拟路径声程等于实际路径声程，则可得：rt2+(S-a-)212+r+(S÷j)2T2=2(2+S2)*2(2)=(2+(Sr)Z+OJ+(S÷j')2T21z-Sz1(3)式中：S为1/2探头中心距：X为缺陷距中心线实际距离。强板未熔合的实际深度均为涨板母材厚度，但距中心线不同位置处的涨板未熔合的显示深度不同，所以对T里接头进行检测时，输入PC5,检测后在图谱上测量出某点的显示深度卜，按式(2)即可计兑出该点距中心线的实际位置X。或已知某点距中心线的实际距离，按式(3)即可计.算出该点的显示深度M并同时给出显示深度卜的计算值与测量值”腹板未燃合以相同方式布置探头，Pcs=t+2(t+K)tan,直通波声程1.O=PC5。以类似方式设定模拟等腰E角形，模拟路径声程等丁实际路径声程.腹板未熔合深度计算原理如图4所示，腹板坡口f点距T型接头翼板卜.表按前述原则建立模拟等腰：.角形ab,则模拟路径声程1.=1.'+1.2=2(h-+S)%可得:+"+(sf)+(r.+<y)2+(s+高)j-=2(2+S2)'2(5)v三iiN+"+(s-高)+(+"+(s+高)口.厂角焊缝内缺陷探头布置同前，Pcs=t+2(tn+K)tgB直通波声程1.o=Ps如图5所示，角焊缝内缺陷j点距T里接头翼板卜表面的距离为y,设距中心线的距离为t2°经j点的衍射波路径为ajb,其声程为：-.+W+(s-打:+(C.+>2+(s+y)T'(7)图5%焊缝内缺陷深度计算原理示意6号？7按前述原则建立模拟等腰：.角形时b,则模拟路径声程r=1.'+2=2(h'+s)>可得：<u+)2+(S-y)2j,2+(/+j2÷(s+7)P=2(2+S2)'2(8)z,=(÷3->2+(s-y)'2+(C,+j,)2+(s+y)122-S2'2(9)上述缺陷深度计算时，角焊Sf中缺陷J1.的水平位置设定为距接头中心线左侧t/2处，当然缺陷也会在角焊缝内水平方向其他位置处出现，所以发现缺陷后还需采用超声直探头或斜探头进行准确定位。实测验证为验证上述计算的正确性，设置内含不同位置不同尺寸缺陷的T型接头试块,该试块上我板下表面中心槽、翼板下表面左右侧不同位置2mm孔、腹板左右侧坡口不同位置2mm孔和角焊缝内4mm孔人工缺陷进行TOFD检测，将显示深度的测证值与计算值进行比较，并计算其误差.仪器型号为INSONIC2005：探头频率为5MHz：晶片尺寸为3mm：探头向（八）主视图4-2×454-2×45IiN(b)左视图图6T型接头限块结构示意探头布置方式与图2相同，Pcs=85mm,仪器中输入Pcs=85mm.鼻板下表面中心槽的显示深度计算值与测量值如图6所示，翼板卜表面宽2mm中心槽的实际深度为30mm,如图7所示,其超声波传播路径为ac2C3b,显示深度计算值为30.3mm：具显示深度计算值与测量值如表1所示。K-1.Wj1.6mm$1小入图7T型接头中心槽超声波传播路径示意期板下表面中心槽及2mm孔上端点实际深度、显示深度计算值与测量值(mm)C2孔距中心线距离实际深度显示深度计算值显示深度测量值误差/%0中心槽30.030.330.91.9左530.030.130.71.8右530.030.129.8-1.1左2030.032.332.91.7右2030.032.332.60.8左2730.033.233.71.5右2730.033.233.1-0.202翼板下表面左右便2mm孔上端点的显示深度计算值与能量值如图6所示，强板下表面左才i侧2mm孔距中心线的距离分别为5,20,27mm,翼板卜表面宽2mm中心槽及左右侧2mm孔上端点的显示深度计鸵值与测St值如表1所示。03腹板左、右侧坡口02mm孔上、下墙点的显示深度计算值与费量值腹板左、右侧坡口2mm孔位置如图6所示，其上端点和卜端点的显示深度计算值与测盘值分别如表2和表3所示.表2腹板左侧坡口2mm孔上下端点实际深度、显示深度计算值与测量值(mm)2孔距翼板下表面位置实际深度显示深度升算值M示深度测IIt值误差/%5上端点31.035.135.51.15下端点36.037.237.71.310匕端点39.040.439.6-2.1io卜.端点11.042.611.8-1.915上端点44.045.946.20.615下端点16.048.248.71.020上端点19.051.750.8-1.720下端点51.054.053.8-0.3表3腹板右侧坡口2mm孔上卜端点实际深度、显示深度计算值与测量值(mm)2H>W½一下表位置显示深度计显示深Ijr濯湿展/如深度刖,5上端点31.035.135.10.85卜端点36.037.237.61.1IO上指点39.010.139.7-1.810下网点11.042.612.60.015上潴点I1.O15.913.7-0.5is.16.048.248.30.220Ue点19.051.752.10920下潴点51.051.051.30.604角焊缝中左右便4mm孔上、下端点的显示深度计算值与消量值如图6所示，角焊缝中左右侧4mm孔距中心线的距离为20mm,距翼板卜表面的距离为IOmm,其上端点、卜端点的实际深度、显示深度计算值与测量值如表4所示.角焊缝中左、右侧4mm孔上卜端点实际深度、显示深度计.比值与测量值(mm)e4孔距匏板下表面位置实际深度显示深度计算值M示深度测员值误差/%左10上端点38.039.439.70.7左IO下端点12.015.116.11.5UIO上调点38.039.439.91.2右10下端点42.045.446.01.305显示深度计算值与测量值误差从表14可以看出，奥板卜表面宽2mm中心槽及左右他2mm孔上端点，腹板左右侧坡口2mm孔上、下端点，角焊缝中左右侧4mm孔上、下端点的显示深度测量值与计.算值圾大偏差分别为1.9%,2
