給水管鍛件的縱波周向超聲波檢測

吳旭景　侯爽

摘要：給水管（鍛件材質：13MnNiMo54、規格：Φ299×70），原材料鍛件必須進行超聲波檢測，除了用直探頭檢測外，為了發現軸向缺陷，還要用縱波斜探頭進行環向檢測。

關鍵詞：鍛件；環向檢測；縱波斜探頭；給水管

1 標準規定

GB/T5777-1996標準中規定：本標準適用于外徑等于或大于6mm，壁厚與外徑之比不大于0.2的鋼管。壁厚與外徑之比大于0.2的鋼管的檢驗，集中給水管為中299×70，比值大于0.2，必須按附錄A的要求進行檢驗。當管子的壁厚與外徑之比大于0.2而小于0.25時，按表中規定的深度刻入工槽，T/Q=0.223～0.235范圍內，其人工槽的內外壁槽深為2.2mm。

2 利用橫波檢測

得到：α_L=26.71°，由于入射角α=27.6°～57.7°之間，才能在鋼中產生純橫波，故不能在鋼中產生純橫波，能產生折射縱波和折射橫波兩種波型，故不能用橫波進行檢測。

3 給水管鍛件原材料的縱波周向檢測

主聲束與內徑相切時如圖2所示：

Sinα_L/Sin 32.13°=2730/5900

故α_L=14.25°，而在實際工作中，考慮到折射縱波經過內壁要反射到外壁的情況，所以用α_L=12°的縱波斜探頭對鍛件進行周向檢測。

在鋼中，有兩種折射波型產生：

Sin12°/sinβ_L=2730/5900 β_L=26.7°（縱波折射角）

Sin12°/sinβ_S=2730/3230 β_S=14.24°（橫波折射角）

由于α_L=12°縱波入射到鋼中后，在鋼中產生了折射縱波和折射橫波兩種波類，通過聲程計算可以得出：

縱波一次波的聲程為93m，一次波聲程在鋼中傳播時所需時間為：

t_L=2S_L/V_L=3.153×10^-5秒

橫波一次波的聲程為75mm，一次波聲程在鋼中傳播時所需的時間為：

t_S=2S_S/V_S=4.644×10^-5秒

縱波和橫波所需時間的比例關系為：

4.644/3.153=1.473（倍）

如果以縱波聲程進行1：2聲程定位的調節，則縱波一次聲程的反射波在熒光屏上的位置是4.65（格），二次波的位置是9.3（格），那么橫波的一次波聲程位于熒光屏上的位置是5.524（格），而橫波的二次聲程的反射波在熒光屏上的位置是11.05（格），橫波的二次反射聲程的位置已超出熒光屏上顯示的聲程范圍，不能在儀器熒光屏上顯示出來。根據超聲波的傳播理論可知，由于探頭承擔發射和接收超聲波的雙重功能，其聲壓的反射和透過效率用超聲波的往復透過率來衡量更具有實際意義。

當α_L=27.6°～57.7°時，在第二介質鋼中只能有純橫波存在，無折射縱波。折射橫波的往復透過率最高不超過30%。當α_L=12°時，折射縱波的往復透過率為：T_L≈21.5%，而此時折射橫波的往復透過率為：T_L≈3.5%。當用折射縱波一次聲程反射波高調整到滿幅的90%時。折射橫波一次聲程的反射波高約為14.6%波高。

4 試塊的制作

給水管是鍛件，根據NH/T47013.3-2015標準中鍛件部分的檢測要求，此鍛件不適用于此標準（周向檢測時，內外徑之比不能大于80%），因此，只能借用GB/T5777-1996標準中附錄A的要求進行檢測。

按照CoB/T5777-1996標準中關于試塊的要求：利用0299×70鍛件制作半圓試塊，在Φ299×70半圓試塊上加工成內外壁均為60。的三角槽，其槽深度為2.2mm，長度為40mm，如圖3所示。

將α=12°（鋼中β_S=14.24°、β_L=26.7°）的縱波斜探頭的工作面磨成鍛件Φ299×70外圓一致的曲面，有直射波對準內壁槽方向，使縱波的一次反射波高調整到滿屏的90%，并且應調到4.65（格）的位置上并在熒光屏上做好標記，用此靈敏度，使縱波的二次聲程反射調整到9.3（格）的位置上，并標記。此時，聲程的1：2的關系調整好，并圓滑地連接各點，使之形成60°三角槽（t=2.2mm）的DAC曲線，以此靈敏度提高6dB作為探傷靈敏度補償。

5 檢驗探頭選擇

（1）用2.5PΦ14直探頭根據NB/T47013.3-2015關于鋼鍛件的超聲波檢測標準進行檢測；（2）用2.5P13×13 K1、K2斜探頭對產品進行周向的超聲波檢測；（3）用2.5P13×1312°的縱波斜探頭進行周向檢測。

6 結論

（1）對于內外徑之比小于80%的筒形鍛件采用縱波斜探頭周向檢測，原理是可靠的；（2）經過探傷實例說明整個操作方法具有可靠性；（3）用規定的試塊檢測，其質量能滿足要求，是有保證的。