吳世鋒,張亞統(tǒng)
(無錫金龍石化冶金設(shè)備制造有限公司,無錫 214161)
在8~10mm薄板焊縫探傷中,在按常規(guī)使用2.5P13×13K2.5探頭時,由于其前沿長,頻率低,往往必須通過一次反射波才能觀察到缺陷信號,而這一反射波又往往與焊縫反面、輪廓波重疊在一起,難以分辨。筆者采用了5P6×6K2.5探頭[1],其晶片尺寸小,頻率高,前沿短,指向性好,分辨力高,往往在一次直射波內(nèi)就能發(fā)現(xiàn)缺陷,可給實際工作帶來方便。
對于8~10mm平板對接焊縫,采用手工焊或自動焊比較多,其焊縫寬度一般為10~15mm,也就是說,如果要在一次直射波中就能發(fā)現(xiàn)缺陷,首先必須保證一次直射波能掃查足夠多的焊縫截面,即必須保證探頭前沿足夠短,如圖1。圖中a為上焊縫寬度的一半;l0為探頭前沿。
圖1 焊縫截面的探頭K值范圍的確定
由圖1可以得出一次直射波在中心線上的最小深度h=(a+l0)/K,當a,β一定時,則l0越小,h越小,一次反射波掃查到的截面越大。
實際使用過程中,2.5P13×13K2.5探頭前沿一般為15mm,5P6×6K2.5探頭前沿一般為5mm左右,即當a=7.5mm 時,h2.5p=9mm,h5p=5mm。由此可以看出,5P6×6K2.5探頭一次直射波可掃查到的截面遠遠大于2.5P13×13K2.5探頭,因此更適用于雙面雙側(cè)的薄板焊縫探傷。
下面對2.5P9×9K2.5,5P6×6K2.5,2.5P13×13K2.5三種超聲波探頭的近場長度和半擴散角進行計算比較:
對2.5P9×9K2.5探頭,其近場長度N為:
對5P6×6K2.5探頭,其近場長度N為:
對2.5P13×13K2.5探頭,其近場長度N為:
可以看出,5P6×6K2.5探頭近場長度在這三種探頭中最短,最有利于檢測。
橫波聲場聲束對稱性與縱波聲場有所不同,如圖2[2]。
圖2 聲場圖
為了計算方便,假設(shè)晶片為圓形,對5P6×6K2.5探頭,其:
過軸線與入射平面垂直的平面內(nèi):
入射平面內(nèi)半擴散角為θ上,θ下,由K=tgβ=2.5可得β=68.2°。
同理可以計算出2.5P9×9K2.5探頭(假設(shè)為圓形晶片)的θ0=10°,θ上=21.8°,θ下=13.3°;2.5P13×13K2.5(假設(shè)為圓形晶片)探頭的θ0=10°,θ上=18.2°,θ下=10.2°。
由如下計算式:
可以得出表1結(jié)果。
表1 不同探頭的半擴散角
由于隨著頻率增加,衰減增加,晶片面積減小,發(fā)射強度減小,因此,5P6×6K2.5探頭應(yīng)用于檢測8~10mm厚的鋼板比較合適。
圖3和4是2.5P9×9K2.5探頭和5P6×6K2.5探頭的DAC曲線??梢姡?P6×6K2.5探頭的DAC曲線斜率較大,其聲能下降很快,因此厚度較大時不適用。
試驗比對試塊見圖5,圖中l(wèi)為探頭前端離孔水平距離;b為直射波中能顯示孔反射波時的焊縫寬度。
圖5 試驗示意圖
以RB-1試塊上深度為5mm的φ3mm孔作測試,測試結(jié)果見表2。由表2可以看出,對于一般薄對接焊縫來說,因為其焊縫寬度均在15mm左右,因此5P6×6K2.5能清晰顯示位于5mm深的缺陷;而2.5P9×9K2.5探頭較為困難,2.5P13×13K2.5探頭則因為前沿較大而不太可能在直射波中發(fā)現(xiàn)缺陷。
表2 不同探頭所測l及b值
圖6 兩種探頭直射波探傷顯示
在板厚為8mm的對接焊縫上制作深度為φ3mm的橫孔,由圖6可以看出,5P6×6K2.5探頭能在直射波中發(fā)現(xiàn)缺陷,而2.5P13×13K2.5探頭在直射波檢測時無法發(fā)現(xiàn)缺陷。
5P6×6K2.5探頭由于其晶片尺寸小、頻率高,因此前沿短、指向性好、分辨力高,適用于采用雙面雙側(cè)方法檢測8~10mm的薄板焊縫,但不適用于中厚板的超聲波檢測。
[1]吳剛,羅曉明,胡文杰,等.小口徑薄壁管壓力管道對接焊縫超聲波檢測[J].無損檢測,2004,26(6):284-288.
[2]全國壓力容器無損檢測人員考核委員會組織編寫.超聲檢測[M].北京:中國鍋爐壓力容器安全雜志社,1995.
[3]GB 11345—1989 鋼焊縫手工超聲波探傷方法及探傷結(jié)果的分級[S].