超聲檢測斜探頭l

超聲檢測斜探頭l

在a-橫向波的直接接觸法中檢測焊接頭的超聲波時，斜檢測的前距離l0和k值是一個非常重要的參數。現行多數超聲檢測標準規(guī)定,l0的測量誤差≤±1mm,K值的測量誤差≤±0.1。多年的現場超聲波檢測經驗使筆者感到,在不考慮探頭磨損并固定其他相關條件的情況下,l0和K值隨著測試聲程而變化,并不總是一個恒定值。為了獲得l0和K值隨測試聲程變化的規(guī)律,筆者在特定測試方式和條件下對多個不同規(guī)格探頭的l0和K值進行了測定。1測試測試以JB4730.3—2005《承壓設備無損檢測超聲波檢測》作為測試標準。1.1標準l0的測試焊接接頭超聲檢測的探頭前沿l0通常在CSK-ⅠA試塊上測試,通過同心圓弧面反射的回波位置來確定,如圖1所示。當探頭1找到圓弧面最高回波時,得探頭前沿l0的測試值為:l0=R?l1(1)l0=R-l1(1)在某些情況下也可利用CSK-ⅢA試塊上的橫孔反射體的回波位置,通過計算確定l0,如圖2所示。分別找出兩反射體A和B的最高回波,固定探頭,量得探頭端面至試塊端面的距離l1和l2,根據三角函數關系得:K=l0+l4?40h1(2)K=l0+l2?40h2(3)Κ=l0+l4-40h1(2)Κ=l0+l2-40h2(3)由于h2=2h1,可得:l0=l2+40?2l4(4)l0=l2+40-2l4(4)1.2標準3.2回波位置的測定測試K值時,若已測出斜探頭的前沿l0,可通過CSK-ⅠA試塊上的同心階梯圓孔反射體的回波位置計算確定,如圖1探頭2所測:K=l3+l0?3530(5)Κ=l3+l0-3530(5)也可在CSK-ⅢA試塊上,通過測量一定深度的橫孔反射體的回波位置計算確定(圖2):K=l4+l0?40h1(6)Κ=l4+l0-40h1(6)若尚未測出斜探頭的前沿l0,可在CSK-ⅢA試塊上測定兩個不同深度的橫孔反射體的回波位置計算確定(圖2),由式(2)和(3)得:K=l2?l4h2?h1(7)Κ=l2-l4h2-h1(7)2超聲波探傷測試所有選用探頭的主聲束垂直方向上需要無雙峰,即用長輸管線標準試塊(SGB試塊)上的?2mm×20mm橫通孔測試,測試時使反射回波位于示波屏上80%～100%的區(qū)域,隨著探頭瞬時移動可明顯地識別出探頭的波峰位置;水平方向上的偏離角均≤2°(用CSK-IA試塊的棱角測試)。選用的超聲波探傷儀為CST-22型,其水平線性誤差<1%,垂直線性誤差<5%。測試期間最低溫度為34℃,最高溫度為38℃。3接頭k值的測量為了控制測試的偶然性誤差,每一個測試數據均為3次測試的平均值,且使每次最高回波的波峰分布于示波屏上的80%～100%的區(qū)域,以便于識別。測試的探頭前沿精確到±1mm。大晶片探頭的K值的計算精度為±0.01(并不表明其實際精度),小晶片探頭的K值計算精度為±0.1。為了對探頭磨損造成的測量誤差進行評估,在測量結束后對所用探頭采用相同的測量條件和測量方式進行復核,其相應的l0和K值未表現出明顯的差異性。4標準反射體的選擇選擇SGB試塊上R25及R50mm圓弧面、CSK-ⅠA試塊的R50及R100mm圓弧面作為測定前沿l0的標準反射體。選擇SGB試塊上深5mm的橫孔和CSK-ⅢA試塊上深10,20,30,40,50及60mm的橫孔作為測定普通斜探頭K值的標準反射體。選擇SGB試塊上深5,10及20mm的橫孔作為小徑管焊接接頭探頭K值測定的標準反射體。使用CTS-22設備在上述試塊上測得的斜探頭前沿l0及K值見表1和表2。4.1加工工藝的前沿測試值從理論上說,斜探頭在鋼中的剩余近場區(qū)長度N′可以通過式(8)計算:N′=Fscosβπλs2cosα?L1tgαtgα(8)Ν′=Fscosβπλs2cosα-L1tgαtgα(8)式中Fs——波源面積;β——橫波入射角;λs2——介質Ⅱ中的橫波波長;α——縱波入射角;L1——入射點至波源的距離。雖然計算所需參數并不總能準確確定,但可用式(8)對鋼中的剩余近場區(qū)長度進行近似估算。(1)如表1所示,1號探頭的K值標稱值為1,與其他探頭相比,其近場區(qū)長度最長,在鋼中的剩余近場區(qū)聲程長度>25mm,從而使R25mm回波的前沿測試值與遠場R50mm和R100mm回波的前沿測試值有較大差異。(2)2號和3號探頭的K值測試值較為接近,其原因在于,斜探頭鋼中剩余近場區(qū)長度不僅與探頭的晶片面積、頻率和K值有關,而且還與晶片至聲束入射點的距離L1有關,如式(8)所示。因這兩個探頭的晶片至聲束入射點的距離L1較長,導致鋼中剩余近場區(qū)長度并不長,測試聲程<25mm。(3)4號和5號探頭K值標稱值較大,其近場區(qū)長度較長,在鋼中的剩余近場區(qū)聲程長度接近25mm,也使R25mm回波的前沿測試值與遠場R50和R100mm回波的前沿測試值有一定差異。(4)由于小徑管探頭的晶片尺寸較小,K值較大,其近場區(qū)長度較短,在鋼中的剩余近場區(qū)聲程長度明顯<25mm,使得R25,R50和R100mm的回波聲程均處于遠場區(qū),其前沿距離測試值較為一致。(5)從測試結果可見,前沿距離測量的一致性與被測反射體的聲程有關。其一致性可理解為如果某聲程處的測量平均值與該聲程附近的測量平均值的偏差越大,則該聲程處的測試值的測量一致性越差;反之一致性就越好。若被測反射體的聲程在近場區(qū)內,測量的一致性有較大的偏差;如果被測反射體的聲程在近場區(qū)外,則測量的一致性隨著聲程的增加,偏差逐漸減小。(6)當斜探頭的晶片面積≥96mm2時,不宜采用R25mm圓弧面作為反射體,否則會產生較大的偏差,應采用R50或R100mm圓弧面作為反射體,以得到較好的測量一致性。(7)當斜探頭的晶片面積≤64mm2時,可采用R25,R50及R100mm的圓弧面作為反射體,其前沿的測量值均具有較好的測量一致性。但筆者建議以R25或R50mm圓弧面作為反射體。因為晶片尺寸越小,其聲束指向性越差,較遠聲程反射體的反射回波的最高波峰位置較難識別。4.2測量深度的確定(1)表2所示,1～4號探頭晶片尺寸較大、K值較小,測量深度為5mm的反射體時,所得K值明顯小于遠場測試值,故這些探頭在鋼中的剩余近場區(qū)長度較長,所對應的深度應為5～10mm。(2)采用1～4號探頭,測量深度≥10mm的反射體,發(fā)現隨著測試聲程從近場區(qū)附近向遠場區(qū)延伸,K值測試值由大到小逐漸趨于一個定值。(3)采用5號探頭測量深度≥5mm的反射體,發(fā)現隨著測試聲程的增加,K值由大到小逐漸趨向于一個定值(變化幅度由大到小)。這說明該探頭的K值較大,在鋼中的剩余近場區(qū)長度趨短,所對應的測試深度應略<5mm。(4)采用6和7號(晶片尺寸為8mm×12mm)探頭測量深度為5,10及20mm的反射體,發(fā)現隨著測試聲程的增加,所得的K值逐漸變小。這說明兩個探頭在鋼中的剩余近場區(qū)長度所對應的測試深度應<5mm。(5)采用8和9號小晶片探頭測量深度為5,10及20mm的反射體,發(fā)現隨著測試聲程的增加,所得K值逐漸變小,但變小的幅度明顯變緩。表明兩個探頭在鋼中的剩余近場區(qū)長度所對應的測試深度已明顯<5mm。(6)探頭晶片面積≥160mm2時,若采用深度為5mm的橫孔反射體測試,在多數情況下,其K值測量值可能偏小或呈無規(guī)律分布;橫孔反射體的深度位于10～60mm時,在多數情況下,其K值測量值會逐漸變小。(7)對于晶片面積等于96mm2的斜探頭,當采用深度為5,10和20mm的橫孔反射體測試,在多數情況下,K值測量值逐漸變小,但變小幅度在減弱。由深5和10mm的反射體測得的測量值有較大的差異。(8)對晶片面積≤64mm2的斜探頭,采用深度為5,10和20mm的橫孔反射體測試,在多數情況下,K值測量值逐漸變小,但變小幅度在減弱。(9)超聲檢測時,所選擇的橫波反射體深度應大于近場區(qū)聲程所對應的深度。對晶片面積≥160mm2的探頭,測量K值的橫孔反射體的深度應≥10mm;晶片面積為96mm2的斜探頭,測量K值的橫孔反射的深度可為5～20mm(應注意K值測量值隨測量深度的不同可能有較大的不同);對晶片面積≤64mm2的斜探頭,測量K值的橫孔反射體的深度可為5～20mm。(10)超聲檢測時,測量K值的橫孔反射體并非越深越好。隨著測量深度的增加,最高波峰的分辨力會下降,這對晶片面積≤96mm2的小晶片探頭尤為重要(聲束指向性較差),所以小晶片探頭的K值測量反射體深度不宜>20mm。(11)超聲檢測焊接接頭時,測量K值的橫孔反射體的合理深度視被檢工件的壁厚而定,盡量與其接近。應以此橫孔深度所測得的K值測量值為準,并以與此壁厚最接近的相應