薄板焊縫的超聲波檢測

吳世鋒，張亞統

（無錫金龍石化冶金設備制造有限公司，無錫 214161）

在8～10mm薄板焊縫探傷中，在按常規使用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就能發現缺陷，可給實際工作帶來方便。

1 探頭前沿l0與一次波有效探傷深度h的關系

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現缺陷，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的薄板焊縫探傷。

2 三種橫波探頭近場長度和半擴散角的比較

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：

2.1 近場長度

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。

2.2 半擴散角

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：

入射平面內半擴散角為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（假設為圓形晶片）的θ0＝10°，θ上＝21.8°，θ下＝13.3°；2.5P13×13K2.5（假設為圓形晶片）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，發射強度減小，因此，5P6×6K2.5探頭應用于檢測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。可見，5P6×6K2.5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。

3 試驗比對［3］

試驗比對試塊見圖5，圖中l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

3.1 RB－1試塊

以RB－1試塊上深度為5mm的φ3mm孔作測試，測試結果見表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現缺陷。

表2 不同探頭所測l及b值

3.2 焊縫試板

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現缺陷，而2.5P13×13K2.5探頭在直射波檢測時無法發現缺陷。

4 結語

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果的分級［S］.