鄭其海王玨煒楊忠宇韓 靜王建德

（1.寧波鎮(zhèn)海甬安無(wú)損檢測(cè)工程有限公司 寧波 315207）

（2.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 寧波 315200）

蓄能器殼體超聲直接接觸法“K”值選擇的方法和原則

鄭其海1王玨煒1楊忠宇1韓 靜1王建德2

（1.寧波鎮(zhèn)海甬安無(wú)損檢測(cè)工程有限公司 寧波 315207）

（2.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 寧波 315200）

蓄能器制造廠對(duì)原材料超聲復(fù)驗(yàn)時(shí)，只采用單一K值的斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。致使造成漏檢和誤判。本文根據(jù)超聲原理，結(jié)合工作實(shí)例，敘述論述了對(duì)不同曲率鋼管超聲檢測(cè)時(shí)K值選擇的方法要求和原則，從源頭起控制制造質(zhì)量，以確保特種設(shè)備的安全運(yùn)行。

直接接觸法 K值 選擇原則 蓄能器

蓄能器殼體由35CrMo或20無(wú)縫鋼管下料后，經(jīng)中頻加熱旋壓成球形封頭。根據(jù)GB/T 20663-2006中規(guī)定“鋼管制造單位對(duì)35CrMo材料出廠前須經(jīng)100%UT檢測(cè)。蓄能器制造廠在封頭成形前，根據(jù)不同爐批號(hào)，須進(jìn)行10%的UT復(fù)驗(yàn)，對(duì)20#鋼鋼廠未經(jīng)UT檢測(cè)，制造廠須100%檢測(cè)?！睂幉ǚ罨壳耙延?0家制造廠取得“AI”級(jí)制造許可。過(guò)去這些單位都采用“液浸法”進(jìn)行復(fù)檢，該方法雖然成熟，但在對(duì)檢測(cè)裝置制作中，具有精度上要求很高的特點(diǎn)，且對(duì)操作者在實(shí)際檢測(cè)中需要較多的計(jì)算，對(duì)儀器調(diào)試較繁瑣，所以目前制造廠都改用將探頭直接接觸在鋼管上進(jìn)行周向檢測(cè)。

由于蓄能器的容積不同，故采用鋼管的直徑，壁厚的規(guī)格也不同，雖然操作方便直觀，但筆者發(fā)現(xiàn)不少單位在檢測(cè)中隨意采用一種“K”值的探頭，去檢測(cè)各種規(guī)格和壁厚的鋼管。探頭“K”值不同，其入射到第二界面的折射角度也不同，面對(duì)不同曲率的接觸面和不同規(guī)格的厚度，就會(huì)對(duì)大部分受檢品造成誤判和漏檢。為保證產(chǎn)品質(zhì)量和特種設(shè)備的安全運(yùn)行，下面根據(jù)超聲檢測(cè)的原理，來(lái)探討面對(duì)不同曲面和壁厚的鋼管，“K”值選擇的方法和原則。

1 探頭“K”值選擇的原理和方法

1.1 曲面超聲檢測(cè)原理

圖1 外壁半徑R的探傷有關(guān)參數(shù)

1.2 δmax，δ和σ0的計(jì)算方法

1）不同“K”值的探頭所能探到的最大壁厚

當(dāng)鋼管外壁半徑R及探頭折射角β給定時(shí)，對(duì)鋼管外表面進(jìn)行探傷時(shí)，其最大可檢壁厚EC=δmax，可由下面方法來(lái)確定。如圖2所示，C點(diǎn)為探頭聲束中心軸AF對(duì)鋼管某半徑OE的交點(diǎn)，則EC=δmax，

圖2 在給定R及β時(shí)所能探測(cè)的最大壁厚

表1 對(duì)于不同K值最大可見(jiàn)壁厚參數(shù)

2 實(shí)現(xiàn)周向橫波檢測(cè)的條件

沿外徑做周向掃查的橫波檢測(cè)是鋼管檢測(cè)的主要方式。鋼管檢測(cè)中最重要的目的，是在滿足前述條件下能同時(shí)檢測(cè)出鋼管內(nèi)、外壁的縱向裂紋，但能保證聲束可以檢測(cè)到內(nèi)壁缺陷的前提就是在管材中產(chǎn)生純橫波的先決條件。如圖3所示，當(dāng)聲束以縱波入射角進(jìn)入管材（壁厚為t，外徑為D）時(shí)，聲束按鋸齒形路徑傳播，入射到管材內(nèi)壁時(shí)，入射角為β1，當(dāng)β1=90°時(shí)，聲束軸線與鋼管內(nèi)壁相切，當(dāng)聲束到達(dá)內(nèi)壁的臨界狀態(tài)，此時(shí)折射角β滿足下列條件：

可以選取合適的探頭，若鋼管外壁半徑為R，壁厚為δ，則：

式中：

CS2——鋼管中的橫波速度；

C12——鋼管中的縱波速度。

對(duì)于鋼管縱波速度為5850m/s，橫波速度為

3 若固定一種“K”值在檢測(cè)結(jié)果中的分析

某些蓄能器制造單位的同行用對(duì)平板焊縫應(yīng)用探頭的體會(huì)，認(rèn)為當(dāng)K值=2時(shí)，都能適用各種中厚板以下壁厚的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用不同曲率和厚度的鋼管檢測(cè)，雖然還能檢測(cè)到標(biāo)準(zhǔn)試塊中的人工缺陷反射波，但靈敏度只能達(dá)到表1中可選“K”值范圍的10%，其原因參見(jiàn)圖3和圖4。圖3中主聲束通過(guò)與內(nèi)壁相切(臨界)，直射外壁人工缺陷，故靈敏度很高，而在圖4中所示鋸齒形途徑，主聲束因折射角的限定和偏離，經(jīng)內(nèi)外壁的多次反射，才到達(dá)人工缺陷，此是原因之一，再根據(jù)超聲原理，實(shí)際應(yīng)用的探頭中的波源近似為球面波，而當(dāng)球面波入射到彎曲的凸界面上時(shí)，其反射波將發(fā)生發(fā)散。參見(jiàn)圖5。此時(shí)由于折射角過(guò)大，主聲束徑內(nèi)壁凸面的多次發(fā)散和衰減，其反射聲能接收到人工缺陷的反射波時(shí)，自然會(huì)大大降低靈敏度，造成漏檢。

圖3 純橫波檢測(cè)基本原理

圖4 聲波鋸齒形傳播原理

圖5 球面波在凸面界面上的反射-發(fā)散

4 小結(jié)

本文簡(jiǎn)單敘述和例證了不同曲率和壁厚的鋼管在檢測(cè)中選取探頭“K”值的原理，方法和原則，提請(qǐng)同行在特種設(shè)備用的鋼管超聲檢測(cè)中的要求，用列表的方式，免去檢測(cè)時(shí)運(yùn)用較繁瑣的計(jì)算，利用已初步算出的函數(shù)f(A)作成表格適用于現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)的計(jì)算方法，供同行參考。

1北京市技術(shù)交流站主編.《超聲波探傷原理及其應(yīng)用》[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1982: 236～238.

2（M）鄭輝、林樹青著《超聲檢測(cè)》[M].第二版.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2008:232～233

3 張起群.對(duì)偏焦移量對(duì)搭接標(biāo)記K值的影響[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2009,25(10): 41～42.

4 夏崇峻,等.JB/T 4730—2005.2 允許透照厚度比K值的應(yīng)用[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2011,27(08): 26～27.

5王玨煒,等.蓄能器殼體旋壓成形封頭超聲液浸檢測(cè)方法[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2010,26(9): 47～49.

The Method and Principle of Choosing "k-value" by Ultrasonic in Direct Contact Method for Accumulator Shell

Zheng Qihai1Wang Juewei1Yang Zhongyu1Han Jing1Wang Jiande2
(1.NB zhenhai yongan NDT Engineering Co.Ltd Ningbo 315207)
(2.NB special equipment inspection Institute Ningbo 315200)

When recheck the material by ultrasonic, the accumulator factory often operates with only a single “k-value” probe, which may cause missed-checking and false judgment . Based on the principle of ultrasonic testing and combined with working example , this paper has described the principle and method requirement of“kvalue” choosing, when check the different curvatures of the pipe by ultrasonic testing . It describes how to control the manufacturing quality from the source , to make sure the safe operation of the special equipment.

Direct contact method k-value Selection principle Accumulator

X924.2

B

1673－257X(2014)11－62－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.018

鄭其海(1966～),男,總經(jīng)理，工程師，主要研究方向是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)管理和新技術(shù)應(yīng)用。

2014-06-03）