厚板超聲檢測時K值的影響

羅雅 葉冰 朱建峰

四川中核艾瑞特工程檢測有限公司

厚板超聲檢測時K值的影響

羅雅 葉冰 朱建峰

四川中核艾瑞特工程檢測有限公司

AP1000核電站疊合式穹頂主結構焊縫中,包括環梁連接、環梁與連接梁連接、連接梁與徑向梁連接，其焊縫多為厚板連接焊縫，在檢測過程中,往往會發現靠近板厚下表面5mm左右時有回波，所以如何確定此類波是否是缺陷波，就要從超聲的角度進行分析和試驗驗證了，本文就這些技術難題進行探討。

厚板；模擬試塊；短前沿探頭；層狀撕裂；未焊透

1 問題的提出

在穹頂超聲檢測焊縫主要是由厚板對接和角接焊縫組成，在對中厚板焊縫進行超聲波檢測時，常常會發現屏幕上有一個超定量限的一個回波，回波深度靠近母材下表面5mm左右，有時整條焊縫都有。當把焊縫余高磨平或換另外一種K值的探頭進行檢測時，此回波會消失或者是回波幅度很低。

2 原因分析

采取措施后回波消失，或者是選擇合適的探頭和精準的辨識后未有回波顯示，或者是回波位置能夠判斷是根部的反射回波的時候，此類波形為偽缺陷波。

主要原因分析：不同K值在不同深度的變化

3 理論分析

縱波斜入射在第二介質中產生理論橫波聲場，其聲束不再對稱于聲束軸線，而是存在上下兩個半擴散角，其中上半擴散角大于下擴散角。

因為非對稱和受到材質的影響，橫波斜探頭的實際聲場也是非對稱的。而且，這些都是在認為聲軸線是一條直線的基礎上得出的，也就是在不同深度上的所體現的K值，也是不一樣的。

超聲檢測應能提供準確的定位參數。影響缺陷定位誤差的諸多因素中，環境溫度變化、斜探頭的磨損、曲面探傷時斜探頭接觸不良所引起的探頭橫波折射角改變，都是造成缺陷定位誤差的直接原因，過大的誤差不僅給探傷工作造成困難，而且也影響對缺陷的性質、真偽的識別，導致發生缺陷漏檢、誤檢等情況。

4 實驗步驟

第一步：在CSK-IA試塊上直徑50mm孔進行測量。探頭角度有45°、60°、70°。

第二步：為了減少孔徑對測量的影響，所測K值都是在CSK-IIIA試塊的φ1*6mm的短橫孔上測得。各探頭分別對準CSK-IIIA試塊上10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mmφ1*6mm短橫孔進行K值測量。測量結果記入下表1：

表1 探頭K值測量

注：每個數據都需采集3遍，求平均值。

4.1 70°探頭偏差和深度偏差

表2 70°探頭水平測量及偏差值

表中：①CSK-IA水平值l為探頭實測K值69.9°在不同孔深處換算所得水平值

②深度偏差H’是用水平偏差值和K值（69.9°）計算值

4.2 60°探頭水平偏差和深度偏差：

表3 60°探頭水平測量及偏差值

58.7°///98.68/CSKIA（l水平）水平偏差深度偏差59.7°17.11 51.34/34.23 68.45 102.68 85.56/0.35 0.13 0.61-1.08-2.02-4.68 59.7°0.20 0.08 0.36-0.63-1.18-2.74

表中：①CSK-IA水平值l為探頭實測K值59.7°在不同孔深處換算所得水平值

②深度偏差H’是用水平偏差值和K值（59.7°）計算值

4.3 45°探頭水平偏差和深度偏差

表4 45°探頭水平測量及偏差值

表中：①CSK-IA水平值l為探頭實測K值45.8°在不同孔深處換算所得水平值

②深度偏差H’是用水平偏差值和K值（15.8°）計算值

5 總結

5.1 隨著深度的增加，水平偏差和深度偏差會先減少后增加；K值在變化是變小。

5.2 板厚30mm范圍以內，深度偏差都是實際深度值要小于測量值，水平偏差實際水平要大于測量值。

5.3 板厚大于30mm，深度偏差都是實際深度值要大于測量值（70°角40mm除外），水平偏差實際水平要小于測量值。

5.4 板厚在30mm以內，缺陷根部1mm的缺陷很難發現，因為測量的深度往往要大于實際的深度。

5.5 板厚大于30mm板厚，缺陷根部小于2mm的未熔合、未焊透、咬邊等很難發現，因為無法判定是根部地面回波還是缺陷波。

5.6 隨著K值的增大，水平偏差和深度偏差會逐漸增加，所以在確定根部缺陷時經常采用K1探頭。

5.7 指導焊縫返修時，要進行相應的修訂，深度小于30mm板可以按實測深度+冗余量，深度大于30mm板可以按實測深度加5mm再加冗余量。

5.8 如果發現根部5mm范圍內有反射回波，要進行相應的判定。首先校準儀器、采用更換不同探頭、磨平焊縫等措施消除。

5.9 在確定根部缺陷時，最好按根部厚度位置的孔徑進行K值的測量。

5.10 T型焊縫，如果選擇在探頭檢測面的對面進行返修時，深度不能僅僅按板厚減去檢測面檢測出來的缺陷深度讀數。

5.11 對接焊縫從檢測面的反面返修，同10條。

5.12 在檢測厚板時，水平偏差在3mm的熱影響區內要考慮為坡口未熔合。

5.13 板厚小于20mm的焊縫檢測時，缺陷深度往往在中下位置，原因是由前沿的影響、盲區的影響以及K值等影響因素。

5.14 從焊縫的返修情況分析：常用碳弧氣刨的碳棒直徑為10mm，返修刨開的溝槽最窄的地方應該有10mm寬。也就是說缺陷定位時的水平距離絕對誤差要小于5mm，這樣即便沒有在原位置處發現缺陷，那也可以在溝槽的邊緣找到缺陷，從而防止返修時缺陷的遺漏。

5.15 用橫孔來調整儀器的掃描速度時，應該考慮的重要問題是當量孔半徑R及探頭K值的改變，將直接影響檢測質量，即當量孔徑直徑越大，缺陷的水平或深度定位誤差就越大。而當R不變，探頭K值變大時，則缺陷的水平誤差就越大。同樣，R不變，探頭K值變小時，則缺陷的深度誤差就越大。實際檢測過程中如果不了解上述情況，就可能會造成缺陷的漏檢或誤判。

[1] 全國鍋爐壓力容器無損檢測人員資格考核委員會組織編寫，《超聲波探傷》，中國鍋爐壓力容器安全雜志社，2005年。

[2] 中華人民共和國行業標準NB/T47013-2015.3.超聲檢測部分，2015年。

[3] 中華人民共和國國家標準GB/T29712-2013，焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級，2013年。

[4] 中華人民共和國國家標準GB/T11345-2013，焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定，2013年。