厚板超聲檢測(cè)時(shí)K值的影響

羅雅 葉冰 朱建峰

四川中核艾瑞特工程檢測(cè)有限公司

厚板超聲檢測(cè)時(shí)K值的影響

羅雅 葉冰 朱建峰

四川中核艾瑞特工程檢測(cè)有限公司

AP1000核電站疊合式穹頂主結(jié)構(gòu)焊縫中,包括環(huán)梁連接、環(huán)梁與連接梁連接、連接梁與徑向梁連接，其焊縫多為厚板連接焊縫，在檢測(cè)過程中,往往會(huì)發(fā)現(xiàn)靠近板厚下表面5mm左右時(shí)有回波，所以如何確定此類波是否是缺陷波，就要從超聲的角度進(jìn)行分析和試驗(yàn)驗(yàn)證了，本文就這些技術(shù)難題進(jìn)行探討。

厚板；模擬試塊；短前沿探頭；層狀撕裂；未焊透

1 問題的提出

在穹頂超聲檢測(cè)焊縫主要是由厚板對(duì)接和角接焊縫組成，在對(duì)中厚板焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕上有一個(gè)超定量限的一個(gè)回波，回波深度靠近母材下表面5mm左右，有時(shí)整條焊縫都有。當(dāng)把焊縫余高磨平或換另外一種K值的探頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，此回波會(huì)消失或者是回波幅度很低。

2 原因分析

采取措施后回波消失，或者是選擇合適的探頭和精準(zhǔn)的辨識(shí)后未有回波顯示，或者是回波位置能夠判斷是根部的反射回波的時(shí)候，此類波形為偽缺陷波。

主要原因分析：不同K值在不同深度的變化

3 理論分析

縱波斜入射在第二介質(zhì)中產(chǎn)生理論橫波聲場(chǎng)，其聲束不再對(duì)稱于聲束軸線，而是存在上下兩個(gè)半擴(kuò)散角，其中上半擴(kuò)散角大于下擴(kuò)散角。

因?yàn)榉菍?duì)稱和受到材質(zhì)的影響，橫波斜探頭的實(shí)際聲場(chǎng)也是非對(duì)稱的。而且，這些都是在認(rèn)為聲軸線是一條直線的基礎(chǔ)上得出的，也就是在不同深度上的所體現(xiàn)的K值，也是不一樣的。

超聲檢測(cè)應(yīng)能提供準(zhǔn)確的定位參數(shù)。影響缺陷定位誤差的諸多因素中，環(huán)境溫度變化、斜探頭的磨損、曲面探傷時(shí)斜探頭接觸不良所引起的探頭橫波折射角改變，都是造成缺陷定位誤差的直接原因，過大的誤差不僅給探傷工作造成困難，而且也影響對(duì)缺陷的性質(zhì)、真?zhèn)蔚淖R(shí)別，導(dǎo)致發(fā)生缺陷漏檢、誤檢等情況。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

第一步：在CSK-IA試塊上直徑50mm孔進(jìn)行測(cè)量。探頭角度有45°、60°、70°。

第二步：為了減少孔徑對(duì)測(cè)量的影響，所測(cè)K值都是在CSK-IIIA試塊的φ1*6mm的短橫孔上測(cè)得。各探頭分別對(duì)準(zhǔn)CSK-IIIA試塊上10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mmφ1*6mm短橫孔進(jìn)行K值測(cè)量。測(cè)量結(jié)果記入下表1：

表1 探頭K值測(cè)量

注：每個(gè)數(shù)據(jù)都需采集3遍，求平均值。

4.1 70°探頭偏差和深度偏差

表2 70°探頭水平測(cè)量及偏差值

表中：①CSK-IA水平值l為探頭實(shí)測(cè)K值69.9°在不同孔深處換算所得水平值

②深度偏差H’是用水平偏差值和K值（69.9°）計(jì)算值

4.2 60°探頭水平偏差和深度偏差：

表3 60°探頭水平測(cè)量及偏差值

58.7°///98.68/CSKIA（l水平）水平偏差深度偏差59.7°17.11 51.34/34.23 68.45 102.68 85.56/0.35 0.13 0.61-1.08-2.02-4.68 59.7°0.20 0.08 0.36-0.63-1.18-2.74

表中：①CSK-IA水平值l為探頭實(shí)測(cè)K值59.7°在不同孔深處換算所得水平值

②深度偏差H’是用水平偏差值和K值（59.7°）計(jì)算值

4.3 45°探頭水平偏差和深度偏差

表4 45°探頭水平測(cè)量及偏差值

表中：①CSK-IA水平值l為探頭實(shí)測(cè)K值45.8°在不同孔深處換算所得水平值

②深度偏差H’是用水平偏差值和K值（15.8°）計(jì)算值

5 總結(jié)

5.1 隨著深度的增加，水平偏差和深度偏差會(huì)先減少后增加；K值在變化是變小。

5.2 板厚30mm范圍以內(nèi)，深度偏差都是實(shí)際深度值要小于測(cè)量值，水平偏差實(shí)際水平要大于測(cè)量值。

5.3 板厚大于30mm，深度偏差都是實(shí)際深度值要大于測(cè)量值（70°角40mm除外），水平偏差實(shí)際水平要小于測(cè)量值。

5.4 板厚在30mm以內(nèi)，缺陷根部1mm的缺陷很難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闇y(cè)量的深度往往要大于實(shí)際的深度。

5.5 板厚大于30mm板厚，缺陷根部小于2mm的未熔合、未焊透、咬邊等很難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闊o法判定是根部地面回波還是缺陷波。

5.6 隨著K值的增大，水平偏差和深度偏差會(huì)逐漸增加，所以在確定根部缺陷時(shí)經(jīng)常采用K1探頭。

5.7 指導(dǎo)焊縫返修時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)的修訂，深度小于30mm板可以按實(shí)測(cè)深度+冗余量，深度大于30mm板可以按實(shí)測(cè)深度加5mm再加冗余量。

5.8 如果發(fā)現(xiàn)根部5mm范圍內(nèi)有反射回波，要進(jìn)行相應(yīng)的判定。首先校準(zhǔn)儀器、采用更換不同探頭、磨平焊縫等措施消除。

5.9 在確定根部缺陷時(shí)，最好按根部厚度位置的孔徑進(jìn)行K值的測(cè)量。

5.10 T型焊縫，如果選擇在探頭檢測(cè)面的對(duì)面進(jìn)行返修時(shí)，深度不能僅僅按板厚減去檢測(cè)面檢測(cè)出來的缺陷深度讀數(shù)。

5.11 對(duì)接焊縫從檢測(cè)面的反面返修，同10條。

5.12 在檢測(cè)厚板時(shí)，水平偏差在3mm的熱影響區(qū)內(nèi)要考慮為坡口未熔合。

5.13 板厚小于20mm的焊縫檢測(cè)時(shí)，缺陷深度往往在中下位置，原因是由前沿的影響、盲區(qū)的影響以及K值等影響因素。

5.14 從焊縫的返修情況分析：常用碳弧氣刨的碳棒直徑為10mm，返修刨開的溝槽最窄的地方應(yīng)該有10mm寬。也就是說缺陷定位時(shí)的水平距離絕對(duì)誤差要小于5mm，這樣即便沒有在原位置處發(fā)現(xiàn)缺陷，那也可以在溝槽的邊緣找到缺陷，從而防止返修時(shí)缺陷的遺漏。

5.15 用橫孔來調(diào)整儀器的掃描速度時(shí)，應(yīng)該考慮的重要問題是當(dāng)量孔半徑R及探頭K值的改變，將直接影響檢測(cè)質(zhì)量，即當(dāng)量孔徑直徑越大，缺陷的水平或深度定位誤差就越大。而當(dāng)R不變，探頭K值變大時(shí)，則缺陷的水平誤差就越大。同樣，R不變，探頭K值變小時(shí)，則缺陷的深度誤差就越大。實(shí)際檢測(cè)過程中如果不了解上述情況，就可能會(huì)造成缺陷的漏檢或誤判。

[1] 全國鍋爐壓力容器無損檢測(cè)人員資格考核委員會(huì)組織編寫，《超聲波探傷》，中國鍋爐壓力容器安全雜志社，2005年。

[2] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013-2015.3.超聲檢測(cè)部分，2015年。

[3] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29712-2013，焊縫無損檢測(cè)超聲檢測(cè)驗(yàn)收等級(jí)，2013年。

[4] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11345-2013，焊縫無損檢測(cè)超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定，2013年。