ASME和JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)在焊縫超聲波檢測(cè)中靈敏度對(duì)比

孫盛業(yè) 耿富強(qiáng) 高 超

（山東核電設(shè)備制造有限公司)

ASME和JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)在焊縫超聲波檢測(cè)中靈敏度對(duì)比

孫盛業(yè)*耿富強(qiáng) 高 超

（山東核電設(shè)備制造有限公司)

就焊縫超聲波檢測(cè)的靈敏度問題對(duì)ASME和JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比主要側(cè)重于理論計(jì)算方面。通過對(duì)比可以知道，哪種情況下、哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在焊縫超聲波檢測(cè)方面更嚴(yán)格些，從而有助于超聲波檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)靈敏度的掌握。

焊縫 超聲波檢測(cè) 靈敏度對(duì)比 波幅 ASME JB/T 4730

0 前言

在焊縫超聲波檢測(cè)中，檢測(cè)靈敏度是用來衡量超聲波檢測(cè)嚴(yán)格程度的指標(biāo)。靈敏度是由超聲波試塊中的參考反射體來標(biāo)定的。目前超聲波檢測(cè)采用的參考反射體主要有長(zhǎng)橫孔、短橫孔、平底孔、球孔、大平底等。超聲波的理論研究人員總結(jié)出了這些參考反射體的當(dāng)量轉(zhuǎn)換公式。但這些公式只適用于同一孔型的轉(zhuǎn)換，對(duì)于不同孔型的轉(zhuǎn)換可用的公式還很少。本文利用超聲波理論中各種孔型的反射回波聲壓公式來計(jì)算不同孔型的當(dāng)量的差值，從而對(duì)比JB/T 4730和ASME兩標(biāo)準(zhǔn)的靈敏度。由于超聲波理論中的反射回波聲壓公式都是在3倍近場(chǎng)區(qū)外應(yīng)用的，所以本文中的所有計(jì)算暫不考慮超聲波近場(chǎng)的影響。

在ASME標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)中，非管焊縫的超聲波檢測(cè)是以長(zhǎng)橫孔為參考反射體來制作DAC曲線 （距離-波幅曲線）的，并以此為基準(zhǔn)波高。對(duì)于超過20%DAC曲線 （即DAC-14dB）的反射信號(hào)，檢測(cè)人員應(yīng)該予以重視，如果是危害性缺陷，則應(yīng)判廢。對(duì)于超過100%DAC曲線 （即DAC-14dB）的反射信號(hào)，如果是非危害性缺陷，則應(yīng)該測(cè)其長(zhǎng)度，然后按照ASME各卷相應(yīng)的驗(yàn)收條件進(jìn)行驗(yàn)收。而在JB/T 4730中，則是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇不同的反射體制作DAC曲線 （距離-波幅曲線）的，然后將DAC曲線轉(zhuǎn)化為評(píng)定線、定量線、判廢線，最后根據(jù)反射信號(hào)位于不同的線的區(qū)間進(jìn)行相應(yīng)的判定。這兩種標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)收看似有很大的區(qū)別，其實(shí)也有相應(yīng)的聯(lián)系。

在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)缺陷波高≥20%DAC（即DAC-14dB）時(shí)應(yīng)予以評(píng)定。此水平與JB/T 4730中的評(píng)定線靈敏度概念相當(dāng)。在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)缺陷波高≥100%DAC時(shí)，應(yīng)測(cè)其指示長(zhǎng)度。此水平與JB/T 4730中的定位線靈敏度相當(dāng)。由于ASME已對(duì)非危害性缺陷不按波幅判廢，所以沒有與JB/T 4730中的判廢線靈敏度相當(dāng)?shù)尿?yàn)收。

以上是兩種標(biāo)準(zhǔn)靈敏度驗(yàn)收的聯(lián)系，有了這些聯(lián)系，就可針對(duì)兩標(biāo)準(zhǔn)中不同的反射體進(jìn)行靈敏度比較了。

1 長(zhǎng)橫孔靈敏度的對(duì)比

1.1 長(zhǎng)橫孔介紹

長(zhǎng)橫孔具有軸對(duì)稱特點(diǎn)，反射波幅比較穩(wěn)定，有線性缺陷特征，適用于各種K值。

在JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)焊縫母材厚度T為6 mm＜T≤120 mm時(shí)，應(yīng)采用CSK-ⅡA試塊制作距離-波幅曲線，如表1所示。

表1 JB/T 4730 CSK-ⅡA試塊距離-波幅曲線靈敏度

在JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)焊縫母材厚度T為120 mm＜T≤300 mm時(shí)，應(yīng)采用CSK-ⅣA試塊制作距離-波幅曲線，如表2所示。

在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，參考反射體在ASME標(biāo)準(zhǔn)第Ⅴ卷T434.2中有詳細(xì)的描述，現(xiàn)將相應(yīng)的表述轉(zhuǎn)化為表格形式，如表3所示。由于ASME標(biāo)準(zhǔn)中參考反射體一直是采用表3所示的長(zhǎng)橫孔反射體，所以下文不再重復(fù)提及。

1.2 兩種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算對(duì)比

由于以上兩種標(biāo)準(zhǔn)采用的是同一孔型來制作DAC曲線，所以比較起來較簡(jiǎn)單。長(zhǎng)橫孔公式為：

表2 JB/T 4730 CSK-ⅣA試塊距離-波幅曲線靈敏度

表3 ASME標(biāo)準(zhǔn)參考反射體——長(zhǎng)橫孔

表4 JB/T 4730與ASME標(biāo)準(zhǔn)靈敏度對(duì)比

式中 Δ長(zhǎng)——長(zhǎng)橫孔的回波分貝差；

Φ1——第1個(gè)孔的直徑；Φ2——第2個(gè)孔的直徑。

現(xiàn)利用長(zhǎng)橫孔公式將上述孔徑均轉(zhuǎn)化為?2 mm×40 mm長(zhǎng)橫孔的當(dāng)量進(jìn)行比較，如表4所示。

由表4的對(duì)照可以看出：ASME標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定線均比JB/T 4730的評(píng)定線要松很多，最多的時(shí)候低了6 dB。ASME標(biāo)準(zhǔn)的定量線同樣均比JB/T 4730的定量線要松很多，有時(shí)達(dá)到了JB/T 4730判廢線的波幅標(biāo)準(zhǔn)，即ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷波幅當(dāng)達(dá)到或相當(dāng)于JB/T 4730判廢線的波幅時(shí)才需要測(cè)長(zhǎng)并且按照標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定驗(yàn)收。經(jīng)上述分析可以得出，當(dāng)采用JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)中的長(zhǎng)橫孔來作為靈敏度驗(yàn)收焊縫時(shí)，肯定比ASME規(guī)范要嚴(yán)格，即滿足了JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)中長(zhǎng)橫孔的靈敏度要求，就一定滿足ASME標(biāo)準(zhǔn)的靈敏度要求。

2 JB/T 4730短橫孔與ASME標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)橫孔對(duì)比

2.1 短橫孔介紹

短橫孔在近場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為點(diǎn)狀反射體特征，適用于各種K值。

在JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)中，CSK-ⅢA試塊是以?1 mm×6 mm短橫孔作為參考反射體來制作DAC曲線的，具體靈敏度信息見表5。

表5 JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)CSK-ⅢA試塊距離-波幅曲線靈敏度

2.2 兩種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算對(duì)比

由于ASME標(biāo)準(zhǔn)采用的是長(zhǎng)橫孔，而JB/T 4730中CSK-ⅢA試塊采用的是?1 mm×6 mm短橫孔，這是兩種不同類型的孔，所以轉(zhuǎn)換起來不像同類型的孔轉(zhuǎn)換那么簡(jiǎn)單，必須應(yīng)用長(zhǎng)橫孔回波聲壓Pf長(zhǎng)公式和短橫孔的回波聲壓Pf短公式進(jìn)行計(jì)算，得出長(zhǎng)橫孔和短橫孔當(dāng)量轉(zhuǎn)換公式。

式中 Δ12——長(zhǎng)橫孔和短橫孔二者回波分貝差。

由式 （4）可以看出，當(dāng)長(zhǎng)橫孔和短橫孔進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算時(shí)，影響因素不僅僅是孔徑的大小，還與波長(zhǎng)λ和孔至波源的距離 （孔深度）x有關(guān)，計(jì)算起來比較麻煩。本文選擇2.5 MHz（λ=1.3）的探頭進(jìn)行計(jì)算，并且在不同深度對(duì)兩種標(biāo)準(zhǔn)兩種孔型進(jìn)行比較，得出的數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 ASME標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)橫孔與JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)的CSK-ⅢA試塊靈敏度對(duì)比

由表6可以看出，這兩種標(biāo)準(zhǔn)靈敏度受到深度x的影響很大，ASME標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定線隨深度x的增大，靈敏度降低。在探頭為2.5 MHz的前提下，得出以下結(jié)論：

（1）在板厚T為50 mm以下時(shí)，ASME評(píng)定線的靈敏度比JB/T 4730評(píng)定線的靈敏度高；在50 mm＜T≤100 mm的范圍內(nèi)，當(dāng)深度在70 mm以下時(shí)，ASME評(píng)定線的靈敏度比JB/T 4730的高；當(dāng)深度在70 mm以上時(shí)，ASME評(píng)定線的靈敏度比JB/T 4730的低。

（2）ASME的定量線在深度較小時(shí)，靈敏度和JB/T 4730的定量線相差無幾 (在深度10 mm時(shí))。但當(dāng)深度增大時(shí)，其靈敏度會(huì)比JB/T 4730低。

3 JB/T 4730平底孔與ASME標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)橫孔對(duì)比

3.1 平底孔介紹

平底孔是用于校驗(yàn)直探頭靈敏度的。當(dāng)采用JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)管座角焊縫或T型焊縫時(shí)，要采用平底孔試塊進(jìn)行校驗(yàn)，制作DAC曲線。具體的靈敏度數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 JB/T 4730標(biāo)準(zhǔn)管座角焊縫 （T型焊縫）直探頭距離-波幅曲線靈敏度

3.2 兩種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算對(duì)比

為了對(duì)這兩種不同類型的孔的靈敏度進(jìn)行比較，必須進(jìn)行公式轉(zhuǎn)換。為使JB/T 4730與ASME標(biāo)準(zhǔn)直接比較，現(xiàn)利用平底孔公式

式中 Φ平——平底孔直徑；

Δ12——長(zhǎng)橫孔和平底孔二者回波分貝差。由式 （6）可以看出，兩者的轉(zhuǎn)換也比較復(fù)雜。采用2.5 MHz（λ=2.36）的探頭進(jìn)行計(jì)算，并且在不同深度對(duì)兩種標(biāo)準(zhǔn)兩種孔型進(jìn)行比較，得出的數(shù)據(jù)如表8所示。

由表8可以看出，這兩種標(biāo)準(zhǔn)靈敏度受孔的深度x的影響很大。

表8 ASME標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)橫孔與JB/T4730標(biāo)準(zhǔn)平底孔靈敏度對(duì)比

（1）在評(píng)定線的比較中，ASME評(píng)定線的靈敏度在該厚度范圍內(nèi)明顯比JB/T 4730的靈敏度要高。但在大厚度下 （如50 mm＜T≤100 mm、深度80 mm以上時(shí)﹚，其靈敏度比JB/T 4730的要低。

（2）在定量線的比較中，厚度小于25 mm時(shí)，ASME的靈敏度比JB/T 4730的要高。而厚度大于25 mm時(shí)，當(dāng)缺陷深度在距離上表面10 mm以上時(shí)，ASME標(biāo)準(zhǔn)的靈敏度明顯比JB/T 4730的要低。

4 結(jié)語(yǔ)

通過以上的比較可以看出，當(dāng)檢測(cè)對(duì)接焊縫時(shí)，JB/T 4730的靈敏度比ASME的靈敏度高。但由于短橫孔受深度的影響，也有個(gè)別情況例外。在管座角焊縫或T型焊縫上，在評(píng)定線上ASME的靈敏度高于JB/T 4730，但在定量線上ASME的靈敏度低于JB/T 4730，且也受到深度的影響。所以工程上在檢測(cè)時(shí)，要在不同的工件、不同的厚度和選擇不同的探頭基礎(chǔ)上，才能判定這兩種標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)靈敏度的差異。

[1]鄭暉，林樹青.超聲檢測(cè) [M].第2版.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2008.

[2]JB/T 4730.承壓設(shè)備無損檢測(cè) [S].

[3]ASME標(biāo)準(zhǔn)第Ⅴ卷[S].2004.

Sensitivity Comparison of ASME and JB/T 4730 in Ultrasonic Testing of Welding Line

Shun Shengye Geng Fuqiang Gao Chao

Focusing on theory calculation,compared the sensitivities of ASME and JB/T 4730 in ultrasonic detection of welding lines.By contrast,it could be known that which standard was stricter in a certain case,and the contrast was conducive to the sensitivity mastery for ultrasonic testing personnel.

Welding line;Ultrasonic testing;Sensitivity comparison;Wave amplitude;ASME;JB/T 4730

TG 441

*孫盛業(yè)，男，1984年生，助理工程師。海陽(yáng)市，265118。

2012-07-20）