入射角偏差對超聲波檢測結(jié)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(yè)部，上海201900）

入射角偏差對超聲波檢測結(jié)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(yè)部，上海201900）

為了提高焊管產(chǎn)品焊縫缺陷超聲波檢測的準(zhǔn)確性，避免漏檢，排除工程質(zhì)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(gè)規(guī)格焊管的實(shí)際檢測，驗(yàn)證了理論分析結(jié)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(guī)律。研究結(jié)果表明，在實(shí)際工程生產(chǎn)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(chǎn)工藝中必不可少的重要工序，它直接影響著焊管產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。超聲檢測中，用斜探頭檢測焊縫時(shí)，對缺陷的定位是必不可少的，不僅是缺陷補(bǔ)焊處理的需要，也可幫助檢測人員正確判傷。因?yàn)楹缚p中多數(shù)缺陷的產(chǎn)生與位置有著一定關(guān)系。寶山鋼鐵股份有限公司鋼管生產(chǎn)部在工藝試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(zhǔn)確性是缺陷判定的關(guān)鍵點(diǎn)。當(dāng)入射角（K值）的測定值與實(shí)際值不符即產(chǎn)生調(diào)試誤差時(shí)，就會(huì)造成探傷結(jié)果的偏離，進(jìn)而無法提供缺陷的真實(shí)信息，最終不能正確指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的調(diào)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(dòng)，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(jì)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(zhǔn)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(jì)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(shè)KS為探頭實(shí)際K值，KC為探頭測定K值，L為探頭零點(diǎn)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(jìn)行分析。

1.2.1 K值偏小對深度的影響

K值偏小時(shí)一次波探傷過程如圖2所示。圖2中，假設(shè)F為缺陷位置，A點(diǎn)深度hA應(yīng)為hA=L/KS，B點(diǎn)深度應(yīng)為hB=L/KC，即實(shí)際深度為hA時(shí)儀器顯示的測試深度為hB?，F(xiàn)將探頭向左側(cè)移動(dòng)掃查，找到缺陷F的最高波，根據(jù)上面的分析可知，儀器顯示的深度將大于F點(diǎn)的深度，即缺陷深度顯示在F′點(diǎn)。假設(shè)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(jìn)行超聲波手工探傷時(shí)，實(shí)際K值為1.71，由于探傷人員的操作誤差，導(dǎo)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(huì)為hC=hS·KS/KC=16 mm。可見，實(shí)際在14 mm深處的外焊缺陷將會(huì)被誤判為深度在16 mm處的內(nèi)焊缺陷，從而導(dǎo)致相應(yīng)焊接機(jī)組方向調(diào)整的錯(cuò)誤。

圖2 K值偏小時(shí)一次波探傷過程示意圖

K值偏小時(shí)二次波探傷過程如圖3所示。由圖3可見，當(dāng)利用二次波探傷時(shí)，設(shè)hS為探頭實(shí)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(dāng)KS深度減少的時(shí)候，F(xiàn)C深度值也將隨著變小，F(xiàn)C將一直處于FS的上方，直到顯示為焊縫表面深度，此時(shí)實(shí)際深度hS卻還在焊縫內(nèi)部，從而會(huì)誤認(rèn)為表面形貌不良而造成漏檢。

圖3 K值偏小時(shí)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(shí)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(shí)，探頭實(shí)際測量深度為B點(diǎn)，但儀器按測定K值計(jì)算出的深度是在A點(diǎn)，這樣產(chǎn)生的測量結(jié)果就可能將焊縫內(nèi)表的形貌不良誤判為焊縫內(nèi)部缺陷而進(jìn)行補(bǔ)焊處置。

圖4 K值偏大時(shí)一次波探傷過程示意圖

K值偏大時(shí)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(shí)，探測實(shí)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(dāng)FS上移至焊縫上表面時(shí)，焊縫上表面的形貌不良反射將會(huì)誤判為處于焊縫內(nèi)部hC深度的缺陷而進(jìn)行補(bǔ)焊處置。

圖5 二次波K值偏大示意圖

2 試驗(yàn)情況

為了驗(yàn)證上述分析的正確性，進(jìn)行了兩組現(xiàn)場試驗(yàn)。

第一組以Φ762 mm×30.2 mm規(guī)格焊管的埋弧焊縫為試驗(yàn)對象，選用K2探頭，實(shí)際測試值為2.02，頻率2.5 MHz，已知焊縫內(nèi)部有一缺陷，深度h=20 mm。根據(jù)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(jié)果見表1。

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

第二組以Φ813 mm×33 mm規(guī)格焊管的埋弧焊縫為試驗(yàn)對象，選用K2探頭，實(shí)際測試值為1.99，頻率2.5 MHz，已知焊縫內(nèi)部有一缺陷，深度h=25 mm。根據(jù)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(jié)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(shí)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(shí)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(dāng)KC值與實(shí)測值偏差為0.1左右時(shí)，hC與實(shí)際深度誤差在1～2 mm左右；當(dāng)KC值與實(shí)測值偏差為0.2左右時(shí)，hC與實(shí)際深度誤差在2～3 mm左右；當(dāng)KC值與實(shí)測值偏差為0.3左右時(shí)，hC與實(shí)際深度誤差在4～7 mm左右。

3 結(jié) 論

（1）入射角（K值）測試不準(zhǔn)，對于具有高風(fēng)險(xiǎn)的焊管產(chǎn)品的檢驗(yàn)會(huì)造成較大的結(jié)果偏差，容易產(chǎn)出漏檢，將會(huì)產(chǎn)生很大的工程質(zhì)量隱患。

（2）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為K值偏差在0.2以內(nèi)可以接受，超過0.2必須要及時(shí)更換探頭。

（3）針對寶鋼焊管檢驗(yàn)實(shí)際情況，由于曲率原因，探頭多為前部磨損，會(huì)造成入射角（K值）變小，在現(xiàn)場生產(chǎn)時(shí)，要注意結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行探傷。

（4）若要準(zhǔn)確進(jìn)行焊縫缺陷定位，建議優(yōu)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(jià)工作。

2017-09-05

編輯：楊 軍