入射角偏差對超聲波檢測結果的影響

董 斌，李新文

（寶山鋼鐵股份有限公司鋼管條鋼事業部，上海201900）

入射角偏差對超聲波檢測結果的影響

董 斌，李新文

（寶山鋼鐵股份有限公司鋼管條鋼事業部，上海201900）

為了提高焊管產品焊縫缺陷超聲波檢測的準確性，避免漏檢，排除工程質量隱患，從理論上分析了入射角（K值）偏差對缺陷深度定位的影響。并通過對兩個規格焊管的實際檢測，驗證了理論分析結果的正確性，得到了入射角（K值）偏差對缺陷深度定位的影響規律。研究結果表明，在實際工程生產中，超聲波檢測入射角（K值）偏差小于0.2可接受，大于0.2則必須更換探頭。

檢測；無損探傷；超聲波；K值

超聲檢測是焊管生產工藝中必不可少的重要工序，它直接影響著焊管產品質量的好壞。超聲檢測中，用斜探頭檢測焊縫時，對缺陷的定位是必不可少的，不僅是缺陷補焊處理的需要，也可幫助檢測人員正確判傷。因為焊縫中多數缺陷的產生與位置有著一定關系。寶山鋼鐵股份有限公司鋼管生產部在工藝試驗時，發現一些焊縫缺陷超聲波檢測的水平和深度定位值均基于入射角（簡稱K值），因此K值的準確性是缺陷判定的關鍵點。當入射角（K值）的測定值與實際值不符即產生調試誤差時，就會造成探傷結果的偏離，進而無法提供缺陷的真實信息，最終不能正確指導生產工藝的調整。

1 理論分析

1.1 K值測量方法

測量K值用船型試塊的形狀及尺寸如圖1所示。

圖1 船型試塊的形狀及尺寸

K值測量過程：①將探頭放于圖1中A位置，在檢測面中心位置移動，使R100圓柱曲底面回波最高；②測量探頭前端至試塊圓弧邊緣距離M；③計算該探頭的前沿長度L0＝100－M；④將探頭放于圖1中B位置，探頭對準Φ50 mm橫孔，找到最高波，并測量探頭前沿至試塊端面的距離 L；⑤計算該探頭的 K 值，K＝（L+L0－35）/30。

1.2 入射角（K值）偏差對深度的影響

假設KS為探頭實際K值，KC為探頭測定K值，L為探頭零點到缺陷位置的水平距離，從測定K值的偏大、偏小兩種情況對測試深度的影響進行分析。

1.2.1 K值偏小對深度的影響

K值偏小時一次波探傷過程如圖2所示。圖2中，假設F為缺陷位置，A點深度hA應為hA=L/KS，B點深度應為hB=L/KC，即實際深度為hA時儀器顯示的測試深度為hB?，F將探頭向左側移動掃查，找到缺陷F的最高波，根據上面的分析可知，儀器顯示的深度將大于F點的深度，即缺陷深度顯示在F′點。假設Φ762 mm×30.2 mm焊管有一缺陷，其深度在14 mm處，采用2.5PK1.7探頭，進行超聲波手工探傷時，實際K值為1.71，由于探傷人員的操作誤差，導致測試K值為1.5，即使保持探頭在相同的位置，儀器顯示深度將會為hC=hS·KS/KC=16 mm?？梢?，實際在14 mm深處的外焊缺陷將會被誤判為深度在16 mm處的內焊缺陷，從而導致相應焊接機組方向調整的錯誤。

圖2 K值偏小時一次波探傷過程示意圖

K值偏小時二次波探傷過程如圖3所示。由圖3可見，當利用二次波探傷時，設hS為探頭實際探測缺陷FS所在的深度，hC為FC處的儀器顯示深度。顯然當KS深度減少的時候，FC深度值也將隨著變小，FC將一直處于FS的上方，直到顯示為焊縫表面深度，此時實際深度hS卻還在焊縫內部，從而會誤認為表面形貌不良而造成漏檢。

圖3 K值偏小時二次波探傷過程示意圖

1.2.2 K值偏大對深度測試的影響

K值偏大時一次波探傷過程如圖4所示。由圖4可見，采用一次波探傷時，探頭實際測量深度為B點，但儀器按測定K值計算出的深度是在A點，這樣產生的測量結果就可能將焊縫內表的形貌不良誤判為焊縫內部缺陷而進行補焊處置。

圖4 K值偏大時一次波探傷過程示意圖

K值偏大時二次波探傷過程如圖5所示。由圖5可見，采用二次波探傷時，探測實際深度為hS的缺陷FS，儀器顯示為深度hC處的FC缺陷。于是當FS上移至焊縫上表面時，焊縫上表面的形貌不良反射將會誤判為處于焊縫內部hC深度的缺陷而進行補焊處置。

圖5 二次波K值偏大示意圖

2 試驗情況

為了驗證上述分析的正確性，進行了兩組現場試驗。

第一組以Φ762 mm×30.2 mm規格焊管的埋弧焊縫為試驗對象，選用K2探頭，實際測試值為2.02，頻率2.5 MHz，已知焊縫內部有一缺陷，深度h=20 mm。根據以上分析，只改變測試KC值大小，分別采用一次和二次波探傷，檢測結果見表1。

表1 Φ762 mm×30.2 mm焊管采用一次和二次波探傷時不同KC值對應的測試深度

第二組以Φ813 mm×33 mm規格焊管的埋弧焊縫為試驗對象，選用K2探頭，實際測試值為1.99，頻率2.5 MHz，已知焊縫內部有一缺陷，深度h=25 mm。根據以上分析，只改變測試KC值的大小，分別采用一次和二次波探傷，檢測結果見表2。

分析表1和表2可見，測試顯示深度隨KC值的變化情況如下：

（1）對于一次波，與實測K值相比，KC增大，測試顯示深度減??；KC減小，測試顯示深度增大。

（2）對于二次波，與實測K值相比，KC增大，測試顯示深度也增大；KC減小，測試顯示深度也減小。

（3）由于二次波聲束在鋼中傳播的距離比一次波長，相同條件下二次波的偏差比一次波要大。

（4）當KC值與實測值偏差為0.1左右時，hC與實際深度誤差在1～2 mm左右；當KC值與實測值偏差為0.2左右時，hC與實際深度誤差在2～3 mm左右；當KC值與實測值偏差為0.3左右時，hC與實際深度誤差在4～7 mm左右。

3 結 論

（1）入射角（K值）測試不準，對于具有高風險的焊管產品的檢驗會造成較大的結果偏差，容易產出漏檢，將會產生很大的工程質量隱患。

（2）根據試驗結果和現場生產經驗，筆者認為K值偏差在0.2以內可以接受，超過0.2必須要及時更換探頭。

（3）針對寶鋼焊管檢驗實際情況，由于曲率原因，探頭多為前部磨損，會造成入射角（K值）變小，在現場生產時，要注意結合實際情況進行探傷。

（4）若要準確進行焊縫缺陷定位，建議優先采用一次波探傷。

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Influence of Deviation of Incident Angle on Result of UT Testing

Dong Bin1,Li Xinwen2
（Tube,Pipe and Bar Business Unit,Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China）

In order to improve the accuracy of weld defects ultrasonic testing,avoid misjudge,eliminate potential hazards of project quality,it analyzed the influence of incident angle(K value)deviation on defect depth localization.Through practical testing of two specifications welded pipe,the accuracy of the analysis results in theory was verified,and influencing rule of incident Angle(K value)deviation on defect depth localization was obtained.According to the research results,in actual engineering production,ultrasonic testing incident Angle(K value)deviation less than 0.2 was acceptable,but if it was greater than 0.2,the probe must be changed.

detection；nondestructive examination；ultrasonic；K value

TG115.285

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.11.012

董 斌（1984—），男，碩士，工程師，主要從事無損探傷及檢測評價工作。

2017-09-05

編輯：楊 軍