2號試塊及其改進型的應用

金宇飛

(上海材料研究所， 上海 200437)

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2號試塊及其改進型的應用

金宇飛

(上海材料研究所， 上海 200437)

GB/T 11345-2013標準推薦的2號試塊，具有體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便等優(yōu)點，可用于基線的設(shè)定和校準、斜探頭入射點和折射角的測定。在保留2號試塊的優(yōu)點的基礎(chǔ)上,對2號試塊進行了改進，使其擴展到能用于且符合GB/T 11345-2013規(guī)定的靈敏度設(shè)定和校準。

校準試塊；時基線；靈敏度；GB/T 11345-2013標準

超聲檢測是無損檢測的一種方法，應用超聲檢測時需要使用試塊，試塊通常分為校準試塊和對比試塊兩大類[1]。2號試塊就是一種校準試塊，原名IIW-2試塊，是國際焊接學會推薦的試塊。1985年，被國際標準ISO 7963: 1985 Non-destructive testing-ultrasonic testing-specification for calibration block No.2正式命名為2號校準試塊，簡稱2號試塊。我國于2005年，首次等同采用ISO 7963: 1985形成國家標準GB/T 19799.2-2005 《無損檢測 超聲檢測 2號校準試塊》?，F(xiàn)行有效的版本是GB/T 19799.2-2012 《無損檢測 超聲檢測 2號校準試塊》，等同采用的是ISO 7963: 2006 Non-destructive testing-Ultrasonic testing-Specification for calibration block No.2。

2號試塊具有多種用途，又因為體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便，所以應用甚廣。但是，由于我國大多數(shù)標準，包括GB/T 11345-1989 《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》和JB/T 4730.3-2005 《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測》等均未引用2號試塊，所以2號試塊在我國的應用并不普遍?，F(xiàn)行的GB/T 11345-2013 《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術(shù)、檢測等級和評定》中首次引用了2號試塊，從而為其應用提供了標準依據(jù)。2號試塊可用于直探頭和斜探頭的時基線和靈敏度設(shè)定和校準，也可用于斜探頭入射點和折射角的測定。

在保留2號試塊的優(yōu)點的基礎(chǔ)上,對2號試塊進行了改進，使其擴展到能用于且符合GB/T 11345-2013規(guī)定的靈敏度設(shè)定和校準。

1　2號試塊的規(guī)格

2號試塊的規(guī)格由GB/T 19799.2-2012標準具體規(guī)定,是鋼質(zhì)試塊，經(jīng)過規(guī)定的熱處理工藝而具有良好的均勻性。符合標準的2號試塊的縱波速度為(5 920±30) m·s-1，橫波速度為(3 255±15) m·s-1。

圖1為2號試塊的形狀和尺寸示意。試塊中開設(shè)的橫孔的直徑為5 mm?？潭炔鄣纳疃葹?0.1±0.05) mm;刻度槽的長度為6 mm，其位置公差為±0.2 mm。

圖1　2號試塊的形狀和尺寸示意

為方便攜帶，2號試塊的標準厚度為12.5 mm，所以只能用于寬度不大于12.5 mm的小型探頭。但也允許增加試塊厚度，這樣就可用于寬度大于12.5 mm的探頭。

圖2　斜探頭入射點測定示例

2　2號試塊的應用

2.1測定斜探頭入射點和折射角

2.1.1斜探頭入射點的測定

將斜探頭放置在2號試塊主平面上，并做平行移動，如圖2所示，直到來自于圓柱面的反射回波幅度達到最大。這時,試塊上毫米刻度尺的中心所指位置就是探頭入射點。

2.1.2斜探頭折射角的測定

將斜探頭放置在2號試塊主平面上，并做平行移動，直到來自于5 mm直徑橫孔的反射回波幅度達到最大。

折射角可直接從2號試塊上與斜探頭入射點重合的刻度值上讀得，刻度線上的角度值分別有：30°,35°,40°,45°,50°,55°,60°,65°,70°,75°。當斜探頭入射點與刻度線不重合時也可以采用插值法獲取。圖3所示的位置可用于測定45°,60°,70° 的探頭。

圖3　斜探頭折射角位置刻度線

2.2設(shè)定和校準時基線

2.2.1直探頭校準不大于250 mm的時基線

校準時,將直探頭放置在2號試塊反射面上，如圖4所示。圖5是校準范圍為50 mm時顯示屏(A掃描)上的顯示示意。

圖4　直探頭在試塊上的位置

圖5　校準范圍為50mm時A掃描的顯示示意

需要注意的是，當校準距離大于10倍試塊厚度時,校準可能會出現(xiàn)困難，這取決于所用的探頭和頻率。

2.2.2斜探頭校準100 mm或125 mm的時基線

將斜探頭放置在2號試塊主平面上，并做平行移動，直到來自于圓弧面的反射回波幅度達到最大。

圖6,7分別是校準范圍為125,100 mm時的探頭在試塊上的位置及A掃顯示示意。

圖6　校準范圍為125 mm時探頭在試塊上的位置及A掃顯示示意

圖7　校準范圍為100 mm時探頭在試塊上的位置及A掃顯示示意

2.3設(shè)定和校準靈敏度

2.3.1直探頭靈敏度的設(shè)定和校準

(1) 方法一將直探頭放置在2號試塊反射面上，如圖8(a)所示,以A掃描中顯示的連續(xù)回波作為基準，來設(shè)定和校準靈敏度。

(2) 方法二將直探頭放置在2號試塊主平面上并做平行移動，直到來自于5 mm直徑橫孔的反射回波幅度達到最大，以此設(shè)定靈敏度,如圖8(b)所示。

圖8　直探頭靈敏度設(shè)置方法示意

2.3.2斜探頭靈敏度的設(shè)定和校準

(1) 方法一將斜探頭放置在2號試塊主平面上，如圖9(a)所示,并做平行移動;直到來自于5 mm直徑橫孔的反射回波幅度達到最大，以此設(shè)定靈敏度。

(2) 方法二將斜探頭放置在2號試塊主平面上并做平行移動,直到來自于圓弧面的反射回波幅度達到最大，如圖9(b)所示。再使用經(jīng)校準的增益調(diào)節(jié)器，先將來自于圓弧面的回波調(diào)到屏幕高度的80%，然后再將其調(diào)節(jié)到需設(shè)定的水平。

(3) 方法三將斜探頭放置在2號試塊主平面上并做平行移動，直到來自于圓弧面的反射回波幅度達到最大。不使用增益調(diào)節(jié)器，先將來自于圓弧面的回波調(diào)到屏幕高度的80%，然后再將其調(diào)節(jié)到需設(shè)定的水平。利用來自于半徑50,25 mm的兩個圓弧面的多個連續(xù)回波調(diào)節(jié)靈敏度。如圖9(c),(d)所示。圖9(d)中A表示來自A點的回波,ABA表示來自A,B,A三點的回波。

圖9　斜探頭靈敏度設(shè)置方法示意及方法三的A掃示意

3　適用于GB/T 11345-2013的2號試塊改進型

雖然GB/T 11345-2013規(guī)定了可使用2號試塊，但是，由于2號試塊的橫孔直徑為5 mm，只能用于以直徑為5 mm橫孔作為參考反射體的靈敏度設(shè)定和校準。而GB/T 11345-2013的技術(shù)1(橫孔技術(shù))規(guī)定的參考反射體為3 mm直徑的橫孔，這樣就不能用2號試塊來設(shè)定和校準符合GB/T 11345-2013規(guī)定的靈敏度。因此，對于GB/T 11345-2013來說，可以用2號試塊來設(shè)定和校準時基線，可以測定斜探頭入射點和折射角，但卻不能用于設(shè)定和校準靈敏度。

為了克服上述不足，使其能適用于且符合GB/T 11345-2013標準規(guī)定的靈敏度設(shè)定和校準，對2號試塊實施了改進。2號試塊改進型分別為：2A試塊、2B試塊、2C試塊。

(1) 2A試塊

將2號試塊中開設(shè)的橫孔直徑由5 mm調(diào)整為3 mm，其橫孔的中心與上平面的距離仍為20 mm，其他尺寸和角度刻度線位置與2號試塊相同，其形狀與尺寸如圖10(a)所示。

圖10　各改進型試塊的形狀和尺寸示意

(2) 2B試塊

將2號試塊下平面的相位增加2.32 mm，使得橫孔的中心與上平面的距離仍為20 mm，與下平面的距離為10 mm，下方的角度刻度線位置作相應變化，其他尺寸和角度刻度線位置與2號試塊相同，見圖10(b)。

(3) 2C試塊

將2號試塊中開設(shè)的橫孔的中心向右平移4.64 mm，使得橫孔的中心與上平面的距離仍為20 mm，與下平面的距離為10 mm，下方和上方的角度刻度線位置作相應變化，其他尺寸與2號試塊相同，如圖10(c)。

4　用2號試塊改進型設(shè)定和校準靈敏度

4.1用2A試塊設(shè)定和校準靈敏度

4.1.1直探頭

將直探頭放置在2A試塊的上平面上(圖11(a))，移動探頭使得來自3 mm橫孔的反射回波幅度達到最大，即為20 mm深度處的最大回波幅度，以此設(shè)定和校準GB/T 11345-2013中10.2技術(shù)1規(guī)定的靈敏度。

圖11　2A試塊的直探頭和斜探頭靈敏度設(shè)定示意

4.1.2斜探頭

將斜探頭放置在2A試塊的上平面上(圖11(b))，移動探頭使得來自3 mm橫孔的反射回波幅度達到最大，即為20 mm深度處的最大回波幅度，以此設(shè)定和校準GB/T 11345-2013中10.2技術(shù)1規(guī)定的靈敏度。

4.2用2B試塊設(shè)定和校準靈敏度

4.2.1直探頭

將直探頭分別放置在2B試塊的上平面和下平面上(圖12(a))，分別移動探頭使得來自3 mm橫孔的反射回波幅度達到最大，即分別為20,10 mm深度處的最大回波幅度，以此來設(shè)定和校準GB/T 11345-2013中10.2技術(shù)1規(guī)定的靈敏度。

4.2.2斜探頭

將斜探頭分別放置在2B試塊的上平面和下平面上(圖12(b))，分別移動探頭使得來自3 mm橫孔的反射回波幅度達到最大，即分別為20,10 mm深度處的最大回波幅度，以此來設(shè)定和校準GB/T 11345-2013中10.2技術(shù)1規(guī)定的靈敏度。

圖12　2B試塊的直探頭和斜探頭靈敏度設(shè)定示意

4.3用2C試塊設(shè)定和校準靈敏度

4.3.1直探頭

將直探頭分別放置在2C試塊的上平面和下平面上(圖13(a))，分別移動探頭使得來自3 mm橫孔的反射回波幅度達到最大，即分別為20,10 mm深度處的最大回波幅度，以此來設(shè)定和校準GB/T 11345-2013中10.2技術(shù)1規(guī)定的靈敏度。

4.3.2斜探頭

將斜探頭分別放置在2C試塊的上平面和下平面上(圖13(b))，分別移動探頭使得來自3 mm橫孔的反射回波幅度達到最大，即分別為20,10 mm深度處的最大回波幅度，以此來設(shè)定和校準GB/T 11345-2013中10.2技術(shù)1規(guī)定的靈敏度。

圖13　2C試塊的直探頭和斜探頭靈敏度設(shè)定示意

5　結(jié)語

2號試塊具有體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便等優(yōu)點，可用于設(shè)定和校準時基線、測定斜探頭入射點和折射角，也可用于設(shè)定和校準靈敏度。而2號試塊改進型2A、2B、2C試塊，不僅保留了2號試塊的優(yōu)點，還保留了可用于設(shè)定和校準時基線、測定斜探頭入射點和折射角的功能，同時又擴展到能用于且符合GB/T 11345-2013標準規(guī)定的靈敏度設(shè)定和校準，為用戶提供了方便。

[1]GB/T 12604.1-2005無損檢測 術(shù)語 超聲檢測[S].

The Application of the Calibration Block No.2 and its Improved Type

JIN Yu-fei

(Shanghai Research Institute of Materials, Shanghai 200437, China)

The calibration block No.2, recommended by the standard of GB/T 11345-2013, has advantages of small volume, light weight and ease to carry, can be used for the setting and calibration of range/time base, and determination of probe index and angle of refraction of angle probe. On the basis of retaining the advantages of calibration block No.2, the block No.2 is improved and extended so that it can at the same time be used for the setting and calibration of sensitivity as to meet the requirements of GB/T 11345-2013.

Calibration block; Time base; Sensitivity; GB/T 11345-2013 standard

2015-07-29

金宇飛(1961-)，男，高級工程師，主要從事無損檢測研究和標準化工作。

10.11973/wsjc201512015

TG115.28

A

1000-6656(2015)12-0059-05