承壓設(shè)備超聲檢測試塊淺析

劉平

摘 要 超聲波檢測中用于儀器探頭系統(tǒng)性能校準(zhǔn)的試塊就是標(biāo)準(zhǔn)試塊；用于檢測校準(zhǔn)的試塊就是對(duì)比試塊。本文介紹了標(biāo)準(zhǔn)試塊的校準(zhǔn)功能和要求、對(duì)比試塊的選擇原則和靈敏度的差異。

關(guān)鍵詞 標(biāo)準(zhǔn)試塊；對(duì)比試塊；靈敏度

前言

超聲波檢測是無損檢測中的一種常規(guī)檢測方法，它是基于一種對(duì)比的方式來確定檢測靈敏度和對(duì)缺欠定量的方法，所以試塊在超聲檢測中的作用特別重要。對(duì)于承壓設(shè)備超聲檢測，根據(jù)現(xiàn)行NB/T47013.3-2015《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測》將超聲檢測試塊分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊兩種。標(biāo)準(zhǔn)試塊就是用于儀器探頭系統(tǒng)性能校準(zhǔn)的試塊；對(duì)比試塊就是用于檢測校準(zhǔn)的試塊。在實(shí)際檢測過程中正確選擇和應(yīng)用這些試塊是我們檢測工作質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1 標(biāo)準(zhǔn)試塊的應(yīng)用

在本標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)準(zhǔn)試塊為20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制的CSK-ⅠA、DZ-Ⅰ和DB-P Z20-2試塊。（分別見下圖）

1.1 CSK-ⅠA試塊的主要用途是：

（1）利用厚度25mm處測定儀器和探頭的水平線性；

（2）利用厚度25mm和高度100mm尺寸，調(diào)整縱波直探頭檢測范圍和掃描速度；

（3）利用厚度25mm或高度100mm尺寸，校驗(yàn)儀器的水平線性、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍；

（4）利用R50和R100圓弧面測定材料聲速、校準(zhǔn)橫波斜探頭的零偏和測定斜探頭的入射點(diǎn)；

（5）利用高度85mm、91mm和100mm尺寸，測定直探頭和儀器組合的遠(yuǎn)場分辨力；

（6）利用φ40mm、φ44mm和φ50mm圓弧曲面測定斜探頭的分辨力；

（7）利用φ50mm曲面和φ1.5mm圓孔面橫通孔測定斜探頭的折射角（K值）；

（8）利用試塊直角棱邊測定斜探頭的聲軸偏轉(zhuǎn)角。

1.2 DB-P Z20-2試塊的主要用途是：

（1）利用深度200mm處φ2mm平底孔測定直探頭檢測時(shí)儀器和探頭靈敏度余量；

（2）利用深度200mm處φ2mm平底孔測定直探頭檢測時(shí)儀器和探頭垂直線性；

（3）利用深度200mm處φ2mm平底孔測定直探頭檢測時(shí)儀器和探頭動(dòng)態(tài)范圍；

1.3 DZ-Ⅰ試塊的主要用途是：

利用不同深度的橫通孔測定直探頭檢測時(shí)儀器和探頭的盲區(qū)[1]。

2 對(duì)比試塊的應(yīng)用

對(duì)比試塊的種類與數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)試塊的種類與數(shù)量。檢測不同類型工件中存在的不同性質(zhì)的缺陷就要依據(jù)不同型號(hào)對(duì)比試塊上不同形狀人工反射體的反射特征模擬被檢工件中不同性質(zhì)缺陷的反射特征，并以此來確定檢測靈敏度。

在本部分中對(duì)比試塊包括板材對(duì)比試塊、鍛件對(duì)比試塊、Ⅰ型焊接接頭對(duì)比試塊和Ⅱ型焊接接頭對(duì)比試塊等等。

2.1 曲率半徑大于250mm的Ⅰ型焊接接頭對(duì)比試塊

該系列試塊主要有：CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和CSA-ⅣA三種（見下圖）。

它們?cè)谶m用范圍和探頭、反射體類型及特征方面的特點(diǎn)，見表1：

2.2 關(guān)于CSK-ⅡA和CSK-ⅣA試塊的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）合理布置了人工反射體位置；在厚度方向上，根據(jù)檢測厚度范圍的不同規(guī)定了其第一個(gè)和最后一個(gè)橫通孔的位置離表面的距離為5mm或10mm；

（ 2）根據(jù)檢測范圍的不同合理的規(guī)定了反射體的數(shù)量和試塊的厚度；

（3）該試塊即適合斜探頭靈敏度調(diào)節(jié)，同時(shí)也適合于直探頭靈敏度的調(diào)節(jié)；

（4）CSK-ⅡA試塊設(shè)計(jì)成帶斜邊主要是為了減少試塊長度，同時(shí)也是為了直探頭靈敏度的調(diào)節(jié)增加反射體位置。

（5）關(guān)于CSK-ⅣA試塊：NB/T47013.3-2015[2]標(biāo)準(zhǔn)只給出了推薦圖，對(duì)于這種橫通孔位置的布置，在一定K值的探頭調(diào)節(jié)時(shí)，有可能出現(xiàn)不同深度反射體其聲程相同的問題，實(shí)際制作該試塊時(shí)應(yīng)全面考慮橫通孔的位置，但是孔的深度和數(shù)量不能改變。

（6）CSK-ⅡA和CSK-ⅣA試塊的設(shè)計(jì)另外考慮了與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌：CSK-ⅡA試塊主要參考了歐盟（EN）和日本（JIS）標(biāo)準(zhǔn)采用了φ2mm橫通孔作為反射體；CSK-ⅣA試塊主要參考了美國ASME規(guī)范進(jìn)行改進(jìn)將人工反射體設(shè)計(jì)成φ6mm橫通孔。

2.3 關(guān)于CSK-ⅢA試塊的使用特點(diǎn)

（1）CSK-ⅢA試塊自JB1152-81標(biāo)準(zhǔn)采用以來，是我國鍋爐、壓力容器行業(yè)焊接接頭超聲斜探頭檢測的主要對(duì)比試塊，該試塊人工反射體為短橫孔，在遠(yuǎn)場區(qū)反射規(guī)律與平底孔相近。

（2）CSK-ⅢA試塊人工反射體設(shè)置比較合理，具有中國特色，但和國際標(biāo)準(zhǔn)通常使用的人工反射體（橫通孔）不一致，在一定程度上影響標(biāo)準(zhǔn)的國際交流。

（3）對(duì)于工件壁厚范圍為8～120mm的焊接接頭超聲檢測，可以采用CSK-ⅢA試塊調(diào)節(jié)靈敏度，但應(yīng)對(duì)靈敏度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以與CSK-ⅡA試塊保持一致。明確斜探頭檢測時(shí)，靈敏度以CSK-ⅡA試塊為基準(zhǔn)。

（4）工件厚度>40mm平板對(duì)接接頭C級(jí)檢測、T型焊接接頭、角接接頭的超聲檢測在要用到直探頭進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)時(shí)，無法使用CSK-ⅢA試塊進(jìn)行直探頭靈敏度調(diào)節(jié)，此時(shí)需要借助其他試塊進(jìn)行直探頭靈敏度調(diào)節(jié)。

2.4 關(guān)于實(shí)測CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊人工反射體的靈敏度差異

CSK-ⅢA試塊使用的是Φ1×6mm短橫孔，CSK-ⅡA試塊使用的是Φ2mm長橫孔。以下是不同探頭在CSK-ⅢA試塊和CSK-ⅡA-2試塊上（Φ1mm和Φ2mm）同一深度，經(jīng)過實(shí)測得到的人工反射體靈敏度的差異，見表2至表6：

由表2至表6可知：

（1）K1探頭：φ1×6和φ2×60最大相差6.6dB，最小相差2.6 dB

（2）K2探頭：φ1×6和φ2×60最大相差6.9dB，最小相差2.7 dB

（3）K3探頭：φ1×6和φ2×60最大相差6.9dB，最小相差3.5 dB

通過以上試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的反射體在不同距離范圍內(nèi)超聲波的反射規(guī)律有所不同，如果希望用CSK-ⅢA試塊調(diào)節(jié)出CSK-ⅡA試塊的靈敏度，試驗(yàn)證明是不可能的。基于這種情況，NB/T47013.3-2015[2]標(biāo)準(zhǔn)保留CSK-ⅢA試塊是有前提條件的[3]。

2.5 關(guān)于CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊斜探頭檢測距離-波幅曲線的靈敏度差異

將工件厚度分為4個(gè)范圍，將ⅢA距離-波幅曲線和ⅡA距離-波幅曲線相減，得到表7：

實(shí)測的CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊人工反射體的dB數(shù)之差，如果大于表7的數(shù)值，則可滿足φ2靈敏度的要求；如果小于表7的數(shù)值，則表示不能達(dá)到φ2靈敏度要求，需要提高檢測靈敏度。

將表7與實(shí)測的CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊人工反射體的靈敏度差異結(jié)果相比較，可得知：

（1）工件厚度在8～15mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距離-波幅曲線的dB數(shù)相差6dB，有0.9 dB的差異，即與φ2靈敏度的要求低0.9 dB，需要提高靈敏度。

（2）工件厚度在>100～120mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距離-波幅曲線的dB數(shù)相差4dB，有2.9 dB的差異，即與φ2靈敏度的要求低2.9 dB，需要提高靈敏度。

（3）工件厚度在>15～100mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距離-波幅曲線的dB數(shù)相差8dB或9dB，即與φ2靈敏度的要求高1.1 dB或2.1dB，需要降低靈敏度

由對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后可知，對(duì)于工件壁厚范圍為8mm～120mm的焊接接頭超聲檢測，也可采用CSK-ⅢA試塊，但應(yīng)對(duì)靈敏度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以與CSK-ⅡA試塊保持一致[4]。

3 結(jié)束語

標(biāo)準(zhǔn)試塊屬于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，需要供應(yīng)商提供合格證明文件；對(duì)比試塊可以根據(jù)檢測工件特點(diǎn)和要求從供應(yīng)商處購買，也可以根據(jù)實(shí)際情況自己設(shè)計(jì)制作。總之，試塊是我們超聲檢測中不可或缺的重要器材之一，需要超聲檢測人員很好的熟悉和掌握各種試塊的特點(diǎn)，如CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊，在相同深度不同孔徑時(shí)反射波幅的差異，以便在實(shí)際檢測中做出準(zhǔn)確的判斷，確保設(shè)備使用安全。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T12604.1-2005 .無損檢測 術(shù)語 超聲檢測[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[2] NB/T47013-2015.承壓設(shè)備無損檢測[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[3] JB/T8428-2015 .無損檢測 超聲試塊通用規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[4] JB/T9214-2010.無損檢測 A型脈沖反射式超聲檢測系統(tǒng)工作性能測試方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.