蓄能器殼體超聲直接接觸法“K”值選擇的方法和原則

鄭其海王玨煒楊忠宇韓 靜王建德

（1.寧波鎮海甬安無損檢測工程有限公司 寧波 315207）

（2.寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315200）

蓄能器殼體超聲直接接觸法“K”值選擇的方法和原則

鄭其海1王玨煒1楊忠宇1韓 靜1王建德2

（1.寧波鎮海甬安無損檢測工程有限公司 寧波 315207）

（2.寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315200）

蓄能器制造廠對原材料超聲復驗時，只采用單一K值的斜探頭進行檢測。致使造成漏檢和誤判。本文根據超聲原理，結合工作實例，敘述論述了對不同曲率鋼管超聲檢測時K值選擇的方法要求和原則，從源頭起控制制造質量，以確保特種設備的安全運行。

直接接觸法 K值 選擇原則 蓄能器

蓄能器殼體由35CrMo或20無縫鋼管下料后，經中頻加熱旋壓成球形封頭。根據GB/T 20663-2006中規定“鋼管制造單位對35CrMo材料出廠前須經100%UT檢測。蓄能器制造廠在封頭成形前，根據不同爐批號，須進行10%的UT復驗，對20#鋼鋼廠未經UT檢測，制造廠須100%檢測。”寧波奉化目前已有20家制造廠取得“AI”級制造許可。過去這些單位都采用“液浸法”進行復檢，該方法雖然成熟，但在對檢測裝置制作中，具有精度上要求很高的特點，且對操作者在實際檢測中需要較多的計算，對儀器調試較繁瑣，所以目前制造廠都改用將探頭直接接觸在鋼管上進行周向檢測。

由于蓄能器的容積不同，故采用鋼管的直徑，壁厚的規格也不同，雖然操作方便直觀，但筆者發現不少單位在檢測中隨意采用一種“K”值的探頭，去檢測各種規格和壁厚的鋼管。探頭“K”值不同，其入射到第二界面的折射角度也不同，面對不同曲率的接觸面和不同規格的厚度，就會對大部分受檢品造成誤判和漏檢。為保證產品質量和特種設備的安全運行，下面根據超聲檢測的原理，來探討面對不同曲面和壁厚的鋼管，“K”值選擇的方法和原則。

1 探頭“K”值選擇的原理和方法

1.1 曲面超聲檢測原理

圖1 外壁半徑R的探傷有關參數

1.2 δmax，δ和σ0的計算方法

1）不同“K”值的探頭所能探到的最大壁厚

當鋼管外壁半徑R及探頭折射角β給定時，對鋼管外表面進行探傷時，其最大可檢壁厚EC=δmax，可由下面方法來確定。如圖2所示，C點為探頭聲束中心軸AF對鋼管某半徑OE的交點，則EC=δmax，

圖2 在給定R及β時所能探測的最大壁厚

表1 對于不同K值最大可見壁厚參數

2 實現周向橫波檢測的條件

沿外徑做周向掃查的橫波檢測是鋼管檢測的主要方式。鋼管檢測中最重要的目的，是在滿足前述條件下能同時檢測出鋼管內、外壁的縱向裂紋，但能保證聲束可以檢測到內壁缺陷的前提就是在管材中產生純橫波的先決條件。如圖3所示，當聲束以縱波入射角進入管材（壁厚為t，外徑為D）時，聲束按鋸齒形路徑傳播，入射到管材內壁時，入射角為β1，當β1=90°時，聲束軸線與鋼管內壁相切，當聲束到達內壁的臨界狀態，此時折射角β滿足下列條件：

可以選取合適的探頭，若鋼管外壁半徑為R，壁厚為δ，則：

式中：

CS2——鋼管中的橫波速度；

C12——鋼管中的縱波速度。

對于鋼管縱波速度為5850m/s，橫波速度為

3 若固定一種“K”值在檢測結果中的分析

某些蓄能器制造單位的同行用對平板焊縫應用探頭的體會，認為當K值=2時，都能適用各種中厚板以下壁厚的經驗，應用不同曲率和厚度的鋼管檢測，雖然還能檢測到標準試塊中的人工缺陷反射波，但靈敏度只能達到表1中可選“K”值范圍的10%，其原因參見圖3和圖4。圖3中主聲束通過與內壁相切(臨界)，直射外壁人工缺陷，故靈敏度很高，而在圖4中所示鋸齒形途徑，主聲束因折射角的限定和偏離，經內外壁的多次反射，才到達人工缺陷，此是原因之一，再根據超聲原理，實際應用的探頭中的波源近似為球面波，而當球面波入射到彎曲的凸界面上時，其反射波將發生發散。參見圖5。此時由于折射角過大，主聲束徑內壁凸面的多次發散和衰減，其反射聲能接收到人工缺陷的反射波時，自然會大大降低靈敏度，造成漏檢。

圖3 純橫波檢測基本原理

圖4 聲波鋸齒形傳播原理

圖5 球面波在凸面界面上的反射-發散

4 小結

本文簡單敘述和例證了不同曲率和壁厚的鋼管在檢測中選取探頭“K”值的原理，方法和原則，提請同行在特種設備用的鋼管超聲檢測中的要求，用列表的方式，免去檢測時運用較繁瑣的計算，利用已初步算出的函數f(A)作成表格適用于現場操作時的計算方法，供同行參考。

1北京市技術交流站主編.《超聲波探傷原理及其應用》[M].北京機械工業出版社，1982: 236～238.

2（M）鄭輝、林樹青著《超聲檢測》[M].第二版.北京:中國勞動社會保障出版社,2008:232～233

3 張起群.對偏焦移量對搭接標記K值的影響[J].中國特種設備安全,2009,25(10): 41～42.

4 夏崇峻,等.JB/T 4730—2005.2 允許透照厚度比K值的應用[J].中國特種設備安全,2011,27(08): 26～27.

5王玨煒,等.蓄能器殼體旋壓成形封頭超聲液浸檢測方法[J].中國特種設備安全,2010,26(9): 47～49.

The Method and Principle of Choosing "k-value" by Ultrasonic in Direct Contact Method for Accumulator Shell

Zheng Qihai1Wang Juewei1Yang Zhongyu1Han Jing1Wang Jiande2
(1.NB zhenhai yongan NDT Engineering Co.Ltd Ningbo 315207)
(2.NB special equipment inspection Institute Ningbo 315200)

When recheck the material by ultrasonic, the accumulator factory often operates with only a single “k-value” probe, which may cause missed-checking and false judgment . Based on the principle of ultrasonic testing and combined with working example , this paper has described the principle and method requirement of“kvalue” choosing, when check the different curvatures of the pipe by ultrasonic testing . It describes how to control the manufacturing quality from the source , to make sure the safe operation of the special equipment.

Direct contact method k-value Selection principle Accumulator

X924.2

B

1673－257X(2014)11－62－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.018

鄭其海(1966～),男,總經理，工程師，主要研究方向是無損檢測技術管理和新技術應用。

2014-06-03）