許遵言，黃慶軍，吳正彪

(上海電氣核電設(shè)備有限公司， 上海核電裝備焊接及檢測(cè)工程技術(shù)研究中心， 上海 201306)

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超聲檢測(cè)中缺陷顯示長(zhǎng)度的修正

許遵言，黃慶軍，吳正彪

(上海電氣核電設(shè)備有限公司， 上海核電裝備焊接及檢測(cè)工程技術(shù)研究中心， 上海 201306)

NB/T 47013.3-2015超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)Ⅱ型焊接接頭給出了缺陷實(shí)際指示長(zhǎng)度的修正公式，但在實(shí)際超聲檢測(cè)中，由于聲場(chǎng)、工件幾何形狀的影響，缺陷的實(shí)際指示長(zhǎng)度與測(cè)量值之間存在偏差，精確評(píng)定時(shí)需要修正。針對(duì)超聲檢測(cè)中曲率表面工件的外圓柱面、內(nèi)圓柱面沿周向測(cè)出的缺陷指示長(zhǎng)度的修正問(wèn)題，進(jìn)行了討論。得出結(jié)論：如本著從嚴(yán)的原則，對(duì)外圓柱面檢測(cè)可以不進(jìn)行修正的話，那么對(duì)內(nèi)圓柱面檢測(cè)結(jié)果則應(yīng)進(jìn)行修正，才能使產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

超聲檢測(cè)；顯示；長(zhǎng)度；修正

NB/T 47013.3-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)Ⅱ型焊接接頭給出了缺陷實(shí)際指示長(zhǎng)度的修正公式l=L×(R-H)/R，其中L為測(cè)定的缺陷指示長(zhǎng)度，R為管子外半徑，H為缺陷深度。需要修正的主要原因是，在管子的外圓面上沿周向進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)時(shí)，測(cè)出的缺陷長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度相比有一定比例的放大，見(jiàn)圖1。

圖1 管子外圓面測(cè)長(zhǎng)示意

該修正公式在JB/T 4730.3-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)中就已經(jīng)給出，區(qū)別是JB/T 4730.3-2005中說(shuō)明H為缺陷的指示深度。對(duì)于H究竟是缺陷的實(shí)際深度還是指示深度，在JB/T 4730.3-2005的執(zhí)行過(guò)程中仍有爭(zhēng)議。爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于對(duì)二次波檢測(cè)到的缺陷進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)時(shí)，是否需要考慮由反射導(dǎo)致的聲束擴(kuò)散的問(wèn)題。筆者針對(duì)曲率表面工件在超聲檢測(cè)中，不同情況下的缺陷指示深度的修正問(wèn)題進(jìn)行了討論。

1 超聲檢測(cè)測(cè)長(zhǎng)方法

1.1 測(cè)長(zhǎng)方法分類(lèi)

一般認(rèn)為，當(dāng)缺陷尺寸小于聲束截面時(shí)，可用缺陷回波幅度當(dāng)量直接表示缺陷的大??；當(dāng)缺陷大于聲束截面時(shí)，幅度當(dāng)量不能表示缺陷的尺寸，而需用缺陷的指示長(zhǎng)度表示缺陷的尺寸。但實(shí)際上，對(duì)焊縫超聲檢測(cè)而言，不管缺陷的大小，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)既有幅度的要求，又有長(zhǎng)度的要求。這樣，當(dāng)缺陷尺寸小于聲束截面時(shí)，也要求對(duì)其進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)。

根據(jù)測(cè)定缺陷長(zhǎng)度時(shí)的靈敏度基準(zhǔn)不同，將測(cè)長(zhǎng)法分為相對(duì)靈敏度法、絕對(duì)靈敏度法和端點(diǎn)峰值法。相對(duì)靈敏度法是以缺陷最高波為相對(duì)基準(zhǔn)，沿缺陷的長(zhǎng)度方向移動(dòng)探頭，降低一定的dB值來(lái)測(cè)定缺陷長(zhǎng)度的方法，降低的分貝值有6，12，20 dB等。絕對(duì)靈敏度法是在儀器靈敏度一定的條件下，探頭沿缺陷的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，當(dāng)缺陷波高降低到規(guī)定的靈敏度時(shí)(如DAC-14 dB)，將此時(shí)探頭移動(dòng)的距離作為缺陷的指示長(zhǎng)度的方法。

NB/T 47013.3-2015規(guī)定，當(dāng)缺陷反射波只有一個(gè)高點(diǎn)，且位于Ⅱ區(qū)或Ⅱ區(qū)以上時(shí)，用-6 dB法測(cè)量其指示長(zhǎng)度；當(dāng)缺陷反射波峰起伏變化，有多個(gè)高點(diǎn)，且位于Ⅱ區(qū)或Ⅱ區(qū)以上時(shí)，應(yīng)以端點(diǎn)-6 dB法測(cè)量其指示長(zhǎng)度；當(dāng)缺陷反射波幅位于Ⅰ區(qū)，將探頭左右移動(dòng)，使波幅降到評(píng)定線，用評(píng)定線絕對(duì)靈敏度法測(cè)量缺陷指示長(zhǎng)度。

圖2 缺陷長(zhǎng)度大于、小于聲束截面時(shí)的-6 dB法測(cè)長(zhǎng)示意

1.2 -6 dB測(cè)長(zhǎng)法原理

缺陷長(zhǎng)度大于聲束截面時(shí)，-6 dB法測(cè)長(zhǎng)的原理如圖2(a)所示。在缺陷中間，聲束被全部反射，此時(shí)波幅達(dá)到最高，左右移動(dòng)探頭至缺陷邊緣，當(dāng)只有聲束的一半被反射時(shí)，此時(shí)波幅下降6 dB，左右探頭中心的間距即為缺陷的指示長(zhǎng)度。

缺陷長(zhǎng)度小于聲束截面時(shí)，-6 dB法測(cè)長(zhǎng)的原理如圖2(b)所示。聲束軸線對(duì)準(zhǔn)缺陷時(shí)，波幅最高，左右移動(dòng)探頭，當(dāng)聲束-6 dB擴(kuò)散角邊緣線對(duì)準(zhǔn)缺陷時(shí)，波幅下降6 dB，左右探頭中心的間距即為缺陷的指示長(zhǎng)度。由圖2(b)可知，缺陷越小，越不會(huì)干擾探頭的聲場(chǎng)，測(cè)得的缺陷長(zhǎng)度越不準(zhǔn)確。實(shí)際上，在小缺陷上面移動(dòng)探頭時(shí)，所測(cè)得的不是缺陷的尺寸而是聲束的-6 dB寬度。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證-6 dB法測(cè)長(zhǎng)的準(zhǔn)確性，選用了長(zhǎng)橫孔和矩形槽以代表長(zhǎng)度大于聲束截面的缺陷；選用端面為半圓的槽，以代表長(zhǎng)度小于聲束截面的球形缺陷。

2.1 長(zhǎng)橫孔長(zhǎng)度測(cè)量

試塊QHG-01，反射體為不同深度的φ3.2 mm長(zhǎng)橫孔,其長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)橫孔長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果 mm

2.2 矩形槽長(zhǎng)度測(cè)量試塊EPRSGNDT-BC/002，反射體為51 mm×6.4 mm×2.5 mm(長(zhǎng)×寬×深)的矩形槽,其長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 矩形槽長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果 mm

2.3 半圓槽寬度測(cè)量

試塊RF-NDT-20，反射體為r=2 mm的半圓槽。測(cè)量其寬度時(shí)，聲束垂直于槽的半圓弧面，左右平移探頭，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

3 結(jié)果與討論

3.1 公式l=L×(R-H)/R中H的取值

從表1可見(jiàn)，-6 dB法測(cè)定長(zhǎng)橫孔長(zhǎng)度時(shí)，不同的探頭測(cè)量結(jié)果相近，與實(shí)際尺寸也很接近，誤差不超過(guò)5 mm。

表3 半圓槽寬度測(cè)量結(jié)果 mm

從表2可見(jiàn)，采用-6 dB法測(cè)定矩形槽長(zhǎng)度時(shí)，結(jié)果與對(duì)長(zhǎng)橫孔長(zhǎng)度的測(cè)定結(jié)果相似，但誤差更小。

從表3可見(jiàn)，采用-6 dB法測(cè)定半圓槽寬度時(shí)，不同的探頭測(cè)量結(jié)果相差很大，與實(shí)際尺寸也相距甚遠(yuǎn)，聲程越大，誤差越大。

試驗(yàn)結(jié)果表明，-6 dB法測(cè)長(zhǎng)在缺陷長(zhǎng)度大于聲束截面時(shí)，能較為準(zhǔn)確地反映缺陷的實(shí)際長(zhǎng)度。但實(shí)際缺陷與人工反射體還是有區(qū)別的，特別是由于缺陷的形狀、性質(zhì)、取向等因素的影響，誤差會(huì)更大。至于缺陷長(zhǎng)度小于聲束截面時(shí)，測(cè)出的是-6 dB 聲場(chǎng)寬度，其與探頭頻率、晶片尺寸等有關(guān)。

修正公式l=L×(R-H)/R中，H是取缺陷的實(shí)際深度還是指示深度，主要依據(jù)二次波檢測(cè)到缺陷長(zhǎng)度時(shí)，即二次波經(jīng)過(guò)內(nèi)表面反射后，聲束的擴(kuò)散情況來(lái)確定。

對(duì)缺陷長(zhǎng)度大于聲束截面的缺陷，二次波測(cè)長(zhǎng)的情況如圖3(a)所示，由于測(cè)長(zhǎng)時(shí)是以聲束軸線為測(cè)量基點(diǎn)的，而二次波的聲束軸線經(jīng)內(nèi)表面反射后還是沿著徑向方向傳播的，所以用公式l=L×(R-H)/R修正時(shí)，H應(yīng)取缺陷的實(shí)際深度，如儀器顯示的指示深度為h，則H=2T-h。

圖3 缺陷長(zhǎng)度大于、小于聲束截面時(shí)二次波-6 dB法測(cè)長(zhǎng)示意

對(duì)缺陷長(zhǎng)度小于聲束截面的缺陷，二次波測(cè)長(zhǎng)的情況如圖3(b)所示，由于測(cè)長(zhǎng)時(shí)是以-6 dB擴(kuò)散角邊緣線為測(cè)量基點(diǎn)的，而此邊緣線經(jīng)內(nèi)表面反射后繼續(xù)擴(kuò)散，所以用公式l=L×(R-H)/R修正時(shí)，H應(yīng)取儀器顯示的指示深度，如為h，則H=h。

所以，對(duì)Ⅱ型焊接接頭用修正公式l=L×(R-H)/R對(duì)缺陷的長(zhǎng)度進(jìn)行修正時(shí)，應(yīng)視缺陷的大小對(duì)H取不同的值，即實(shí)際深度或指示深度。

3.2 超聲檢測(cè)中缺陷指示長(zhǎng)度的修正

在NB/T 47013.3-2015標(biāo)準(zhǔn)中，僅對(duì)Ⅱ型焊接接頭給出了缺陷實(shí)際指示長(zhǎng)度的修正公式，但實(shí)際上需要考慮修正的情況有很多，典型的工件有圓柱面的工件，如筒形鍛件、環(huán)形鍛件、餅形鍛件以及接管角焊縫等。對(duì)這些工件在外圓柱面檢測(cè)時(shí)，沿周向測(cè)出的缺陷長(zhǎng)度存在一定比例的放大；而在內(nèi)圓柱面檢測(cè)時(shí)，沿周向測(cè)出的缺陷長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度相比則有一定比例的縮小，如圖4所示。

圖4 內(nèi)圓柱面測(cè)長(zhǎng)示意

所以，在內(nèi)圓柱面檢測(cè)時(shí)，更需要對(duì)缺陷的指示長(zhǎng)度進(jìn)行修正，修正公式l′=L′×(R′+H′)/R′，如果不修正等于放松了要求。特別是對(duì)插入式和安放式角接接頭在接管內(nèi)壁用直探頭或斜探頭檢測(cè)時(shí)，由于有的接管壁厚很厚，檢測(cè)聲程很長(zhǎng)，修正量可達(dá)1∶1.8甚至更多。但值得注意的是，對(duì)于較小的缺陷，由于測(cè)出的不是缺陷長(zhǎng)度而是-6 dB聲束寬度，修正后相差更大，會(huì)出現(xiàn)過(guò)于嚴(yán)判的現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)曲率表面的工件進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，測(cè)出的缺陷尺寸有一定比例的放大或縮小。在外圓柱面沿周向測(cè)出的缺陷指示長(zhǎng)度有一定比例的放大，在內(nèi)圓柱面沿周向測(cè)出的缺陷指示長(zhǎng)度有一定比例的縮小，精確評(píng)定時(shí)需要修正。如果說(shuō)，本著從嚴(yán)的原則，對(duì)外圓柱面檢測(cè)可以不進(jìn)行修正的話，那么對(duì)內(nèi)圓柱面檢測(cè)則應(yīng)進(jìn)行修正，這樣才能使產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

[1] 鄭暉,林樹(shù)青.超聲檢測(cè)[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

[2] 克勞特克洛默 J,克勞特克洛墨 H.超聲檢測(cè)技術(shù)[M].李靖，馬羽寬，蔡清福，等，譯.廣州：廣東科技出版社，1984.

Correction of Defect Indication Length in Ultrasonic Testing

XU Zun-yan, HUANG Qing-jun, WU Zheng-biao

(Shanghai Electric Nuclear Power Equipment Co., Ltd. , Shanghai Engineering Research for Nuclear Power Equipment Welding and Examination, Shanghai 201306，China)

The formula indicating the actual length of the defect in the ultrasonic detection of welded joint is given in NB/T 47013.3-2015 ultrasonic testing standards, but in fact, because the sound effect of the workpieces, the deviation between the actual length and value measurement of defect indication exists, and therefore precise timing evaluation needs to be revised. Ultrasonic testing for the workpiece surface curvature in the outer cylindrical correction within the cylindrical surface along the circumferential direction of the measured length of flaw indication was discussed. Conclusions might be drawn that in the strict term in order to make the products meet the requirements of the standard, if the external cylindrical surface detection can not be modified, then the inner cylindrical surface detection should be modified.

Ultrasonic testing; Indication; Length; Correction

2016-06-22

許遵言(1956-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事特種設(shè)備和民用核設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)。

許遵言，E-mail: 13917016086@163.com。

10.11973/wsjc201612006

TG115.28

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1000-6656(2016)12-0025-03