王玨煒王建德

（1.寧波明峰檢驗檢測研究院有限公司 寧波 315207）

（2.寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315207）

小管徑薄壁管對接焊縫超聲檢測“K”值選擇的要求

王玨煒1王建德2

（1.寧波明峰檢驗檢測研究院有限公司 寧波 315207）

（2.寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315207）

薄壁管對接焊縫的超聲檢測，其方法和工藝，現(xiàn)已較為成熟，且被廣泛應用。但在日常接觸中，卻發(fā)現(xiàn)有人在檢測時，其在探頭的選擇和應用上較為隨意，尤其是對管壁為5mm的工件和對其他薄壁管檢測時，竟全用k = 2．0的探頭，這會引起對埋藏在焊縫中的缺陷產(chǎn)生誤判和漏檢，并對特種設備的安全運行造成了事故隱患。這里以超聲原理結合檢測實際，進行分析和探討，供同行們參考。

薄壁管 焊縫檢測 “K”值 超聲檢測

K值選擇應考慮的影響因素。探頭 K值的不同，對發(fā)現(xiàn)缺陷的能力和結論也斷然不同，即使對同一工件中的同一缺陷也會有不同的結果。為保證檢測結果的正確、無誤不漏檢，所以在選用探頭時，應盡量考慮下面幾個方面的要求。

1 端角反射的影響

超聲波在兩個平面構成的直角內(nèi)的反射稱為端角反射，如圖1所示[1]。為檢測單面焊焊縫根部是否焊透，須考慮端角反射對其檢測結果的影響。如圖2所示[1]，當橫波入射時，在橫波入射角αs= 30°或60°附近，端角反射率最低。當αs= 35°～55°時，端角反射率達100%。在實際檢測中，橫波檢測焊縫根部未焊透或根部裂紋時就類似這種情況，當橫波入射角αs（等于橫波探頭的折射角）βs= 35°～55°，即K = tanβs= 0.7～1.43時檢測根部未焊透靈敏度最高。當K<0.7或K≥1.5時，檢測靈敏度較低；由圖2還可以看出，當橫波入射角αs在0°或90°附近時，無論是縱波或橫波，其端角反射率在理論上都很高。但如圖3所示，實際上由于入射波和反射波的聲束之間沿著直角邊界產(chǎn)生干涉，并受波型轉換的影響而相互抵消，所以實際檢測時靈敏度并不高。如選擇的K值超出該范圍去檢測，就容易對檢測結果做出錯誤的判斷。因此，當檢測小管徑薄壁管，對接焊縫單面焊根部未焊透或根部裂紋時，選用K值時，應根據(jù)《超聲檢測》等教材資料中，所列舉和提供的條件選擇K=1的探頭為宜[1]。

圖1 墻角反射波形轉換

圖2 橫波入射

2 波型轉換的影響

不論縱波或橫波，當其傾斜入射到工件中遇到（平面狀）缺陷界面時，都會產(chǎn)生波型轉換。如圖3所示。產(chǎn)生波型轉換情況和橫波入射角αs有關，所謂αs在圖4[2]中的數(shù)值是90°-β。關于橫波入射角αs和縱波反射角αL以及第三臨界角αsⅢ的關系，可以用正弦定律進行計算。αsⅢ意義是，當橫波入射角大于αsⅢ時，將只有反射橫波而無反射縱波。在檢測時橫波入射到鋼工件中遇到缺陷界面時，αsⅢ≈33°20′，此時的αs、 αL和橫波反射率rs的關系從圖4[2]中可以看出，當αs=33°時，rs只有13%，相反，縱波反射率增大達到70%，當αs≥33°20′時，rs=100%。這種情況在檢測時必須重視，如采用小K值探頭去檢測，將會產(chǎn)生對存在于焊縫中間的平面狀缺陷發(fā)現(xiàn)不了而漏檢的現(xiàn)象。

圖3 斜角探傷中的波形轉換

圖4 橫波在鋼中斜入射的聲壓反射率

另一種特殊現(xiàn)象即使用折射角βs≈60°的探頭檢測時應予以注意，因為這時的橫波是不易被探頭所接收，而接收到的是被轉換成縱波的反射波。從圖5[2]幾何求證中求知，探頭是收不到橫波反射波的，而反射縱波卻經(jīng)底面反射后，被探頭所接收。這是因為縱波傳播的時間和橫波從缺陷反射的時間相同，故在熒光屏上顯示的缺陷波，正好是在橫波聲程的位置，而且探頭前后移動的距離還與缺陷自身深度的顯示有一定的律。而利用折射角βs≈60°形成波型轉換的特點，來檢測具有X型坡口焊縫中，垂直狀缺陷和測定其缺陷自身深度也是切實可行的一種方法。但此法不適用于厚壁焊縫的檢測[2]。

圖5 縱橫波的途徑

同時用βs≈60°時應注意，此時的折射角值不適用檢測垂直于焊縫根部未焊透的檢測。因為這時的橫波聲束與缺陷面成30°角，檢出缺陷能力很低，且入射到根部時橫波大部分已轉換成縱波，難以產(chǎn)生反射橫波，而反射縱波因焊縫根部不規(guī)則成形而無法根據(jù)幾何規(guī)律所反射，難以被探頭所接收。所以，此時選用βs≈60°檢測垂直于焊縫根部未焊透等缺陷是特別不利的，它所對應的是反射最差的區(qū)域[3]。

3 近場區(qū)的影響

波源軸線上最后一個聲壓極大值至波源的距離稱為近場區(qū)長度。由于近場區(qū)聲壓分布不均，波源各點至軸線某點的距離不同，存在波程差，相互疊加時存在相位差而互相干涉，使某些地方因疊加而加強，另些地方因互相干涉而減弱，于是就出現(xiàn)聲壓極大值和極小值的點。正因為在近場區(qū)中聲壓有如此大的起伏，因此，在近場區(qū)檢測時對缺陷定量是很不利的。因為，當處于的聲壓極小值處的較大缺陷，因相位差的互相干涉其回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷，又因相位差的互相疊加其回波卻可能很高，這就容易引起誤判，甚至漏檢。根據(jù)：《超聲檢測》中列舉的近場區(qū)長度的計算結果表明，探頭的晶片尺寸一定時，隨K值的增大，近場區(qū)長度將減?。辉俑鶕?jù)《石油化工管道無損檢測標準》（SH/T 3545—2011），針對薄壁管對接焊縫的超聲檢測明確規(guī)定；6.4.2（探頭選擇），b）對壁厚T≤10mm的焊縫，采用單斜探頭在焊縫兩側進行掃查時，探頭的K值必須在3.0～2.5之中。

4 焊縫余高的影響

目前，不論針對在役或在建的壓力管道超聲檢測而言，每道焊口的焊縫都存在著余高。這樣在檢測時必然會在余高的部位出現(xiàn)反射波。在薄壁管的超聲檢測中，當缺陷隱藏在余高正下方近表面時，即使是裂紋有時也不易判別，正如GB/T 11345—2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術、檢測等級和評定》12.3條中所述；“單-斜角檢測技術很難檢測與檢測面垂直的近表面平面型缺欠，”(這也是因受波型轉換的影響而造成的)。如圖6所示[2]如磨掉余高后再檢測是方便的，但實施是困難的。只有增大折射角使入射到焊縫余高的入射角變大，可以使焊縫余高反射波變小，若采用較小的折射角，則聲束正好入射在余高上，既會產(chǎn)生較大的余高反射波；又會因部分在能夠造成波型轉換條件的余高反射面上，受反射波干擾，而影響、干涉掩蓋、甚至誤判真實缺陷的反射波，引起漏檢。

圖6 焊角的反射波

大量實驗證明，利用大K值、小晶片、短前沿橫波單斜頭在焊縫兩側進行檢測，可以有效地檢出焊接接頭中的各種缺陷[4]（單面焊焊縫根部未焊透缺陷除外）。

其他有關針對薄壁管對接焊縫的超聲檢測時，斜探頭K值的選用原則，在《超聲檢測》等教材及相關標準中，已作了細的規(guī)定， 這里不再重復。

5 結束語

綜上所述，針對小管徑薄壁管對接焊縫超聲檢測中，對容易被一般檢測人員所疏忽的卻又至關重要的問題，筆者從檢驗實際出發(fā)，結合超聲原理，敘述了幾個在檢測中必須注意，且完全會引起誤判造成漏檢的事例進行分析。

[1] 鄭暉，林樹青．超聲檢測[M]．北京：中國勞動社會保障出版社(第2版)，2008：43+299．

[2] 超聲探傷法[M]．李靖等校譯．廣州：廣東科技出版社，1981：31．

[3] 北京市技術交流站．超聲波探傷原理及其應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1982：213+214．

[4] GB/T 11345—2013 焊縫無損檢測 超聲檢測 技術、檢測等級和評定[S]．

The Requirements of the “K” Value of Ultrasonic Inspection for Butt Welded Joint Detection in Small Diameter Thin Wall Tube

Wang Yuwei1Wang Jiande2
(1. Ningbo Mingfeng Inspection & Testing Research Institute Co., LTD. Ningbo 315207) (2. Ningbo Special Equipment Inspection and Research Institute Ningbo 315207)

To ultrasonic inspection of the butt weld in thin wall tube, the method and the process has been mature, and widely used. But it was found that the selection and application of the probe was casual to a lot of my colleagues in the detection. Especially in the 5mm thick workpiece and other thin wall tube detection, the k = 2.0 probe was used, which might cause misjudgement and missing inspection of burial defect in weld joint, and cause the accident potential of special equipment safety operation. Combining the principle of ultrasound and the actual detection, this paper analyzed and discussed, which could provide references to the colleagues.

Thin wall tube Weld inspection "K" value Ultrasonic inspection

X924

B

1673-257X(2017)04-0055-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.04.012

王玨煒(1983～)，男，本科，工程師，從事工藝編制、報告審核和簽發(fā)工作。

2016-06-17）