承壓設備超聲檢測試塊淺析

劉平

摘 要 超聲波檢測中用于儀器探頭系統性能校準的試塊就是標準試塊；用于檢測校準的試塊就是對比試塊。本文介紹了標準試塊的校準功能和要求、對比試塊的選擇原則和靈敏度的差異。

關鍵詞 標準試塊；對比試塊；靈敏度

前言

超聲波檢測是無損檢測中的一種常規檢測方法，它是基于一種對比的方式來確定檢測靈敏度和對缺欠定量的方法，所以試塊在超聲檢測中的作用特別重要。對于承壓設備超聲檢測，根據現行NB/T47013.3-2015《承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測》將超聲檢測試塊分為標準試塊和對比試塊兩種。標準試塊就是用于儀器探頭系統性能校準的試塊；對比試塊就是用于檢測校準的試塊。在實際檢測過程中正確選擇和應用這些試塊是我們檢測工作質量的基礎。

1 標準試塊的應用

在本標準中標準試塊為20號優質碳素結構鋼制的CSK-ⅠA、DZ-Ⅰ和DB-P Z20-2試塊。（分別見下圖）

1.1 CSK-ⅠA試塊的主要用途是：

（1）利用厚度25mm處測定儀器和探頭的水平線性；

（2）利用厚度25mm和高度100mm尺寸，調整縱波直探頭檢測范圍和掃描速度；

（3）利用厚度25mm或高度100mm尺寸，校驗儀器的水平線性、垂直線性和動態范圍；

（4）利用R50和R100圓弧面測定材料聲速、校準橫波斜探頭的零偏和測定斜探頭的入射點；

（5）利用高度85mm、91mm和100mm尺寸，測定直探頭和儀器組合的遠場分辨力；

（6）利用φ40mm、φ44mm和φ50mm圓弧曲面測定斜探頭的分辨力；

（7）利用φ50mm曲面和φ1.5mm圓孔面橫通孔測定斜探頭的折射角（K值）；

（8）利用試塊直角棱邊測定斜探頭的聲軸偏轉角。

1.2 DB-P Z20-2試塊的主要用途是：

（1）利用深度200mm處φ2mm平底孔測定直探頭檢測時儀器和探頭靈敏度余量；

（2）利用深度200mm處φ2mm平底孔測定直探頭檢測時儀器和探頭垂直線性；

（3）利用深度200mm處φ2mm平底孔測定直探頭檢測時儀器和探頭動態范圍；

1.3 DZ-Ⅰ試塊的主要用途是：

利用不同深度的橫通孔測定直探頭檢測時儀器和探頭的盲區[1]。

2 對比試塊的應用

對比試塊的種類與數量遠遠超過標準試塊的種類與數量。檢測不同類型工件中存在的不同性質的缺陷就要依據不同型號對比試塊上不同形狀人工反射體的反射特征模擬被檢工件中不同性質缺陷的反射特征，并以此來確定檢測靈敏度。

在本部分中對比試塊包括板材對比試塊、鍛件對比試塊、Ⅰ型焊接接頭對比試塊和Ⅱ型焊接接頭對比試塊等等。

2.1 曲率半徑大于250mm的Ⅰ型焊接接頭對比試塊

該系列試塊主要有：CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和CSA-ⅣA三種（見下圖）。

它們在適用范圍和探頭、反射體類型及特征方面的特點，見表1：

2.2 關于CSK-ⅡA和CSK-ⅣA試塊的設計特點

（1）合理布置了人工反射體位置；在厚度方向上，根據檢測厚度范圍的不同規定了其第一個和最后一個橫通孔的位置離表面的距離為5mm或10mm；

（ 2）根據檢測范圍的不同合理的規定了反射體的數量和試塊的厚度；

（3）該試塊即適合斜探頭靈敏度調節，同時也適合于直探頭靈敏度的調節；

（4）CSK-ⅡA試塊設計成帶斜邊主要是為了減少試塊長度，同時也是為了直探頭靈敏度的調節增加反射體位置。

（5）關于CSK-ⅣA試塊：NB/T47013.3-2015[2]標準只給出了推薦圖，對于這種橫通孔位置的布置，在一定K值的探頭調節時，有可能出現不同深度反射體其聲程相同的問題，實際制作該試塊時應全面考慮橫通孔的位置，但是孔的深度和數量不能改變。

（6）CSK-ⅡA和CSK-ⅣA試塊的設計另外考慮了與國際標準接軌：CSK-ⅡA試塊主要參考了歐盟（EN）和日本（JIS）標準采用了φ2mm橫通孔作為反射體；CSK-ⅣA試塊主要參考了美國ASME規范進行改進將人工反射體設計成φ6mm橫通孔。

2.3 關于CSK-ⅢA試塊的使用特點

（1）CSK-ⅢA試塊自JB1152-81標準采用以來，是我國鍋爐、壓力容器行業焊接接頭超聲斜探頭檢測的主要對比試塊，該試塊人工反射體為短橫孔，在遠場區反射規律與平底孔相近。

（2）CSK-ⅢA試塊人工反射體設置比較合理，具有中國特色，但和國際標準通常使用的人工反射體（橫通孔）不一致，在一定程度上影響標準的國際交流。

（3）對于工件壁厚范圍為8～120mm的焊接接頭超聲檢測，可以采用CSK-ⅢA試塊調節靈敏度，但應對靈敏度進行適當調整以與CSK-ⅡA試塊保持一致。明確斜探頭檢測時，靈敏度以CSK-ⅡA試塊為基準。

（4）工件厚度>40mm平板對接接頭C級檢測、T型焊接接頭、角接接頭的超聲檢測在要用到直探頭進行靈敏度調節時，無法使用CSK-ⅢA試塊進行直探頭靈敏度調節，此時需要借助其他試塊進行直探頭靈敏度調節。

2.4 關于實測CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊人工反射體的靈敏度差異

CSK-ⅢA試塊使用的是Φ1×6mm短橫孔，CSK-ⅡA試塊使用的是Φ2mm長橫孔。以下是不同探頭在CSK-ⅢA試塊和CSK-ⅡA-2試塊上（Φ1mm和Φ2mm）同一深度，經過實測得到的人工反射體靈敏度的差異，見表2至表6：

由表2至表6可知：

（1）K1探頭：φ1×6和φ2×60最大相差6.6dB，最小相差2.6 dB

（2）K2探頭：φ1×6和φ2×60最大相差6.9dB，最小相差2.7 dB

（3）K3探頭：φ1×6和φ2×60最大相差6.9dB，最小相差3.5 dB

通過以上試驗發現不同的反射體在不同距離范圍內超聲波的反射規律有所不同，如果希望用CSK-ⅢA試塊調節出CSK-ⅡA試塊的靈敏度，試驗證明是不可能的。基于這種情況，NB/T47013.3-2015[2]標準保留CSK-ⅢA試塊是有前提條件的[3]。

2.5 關于CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊斜探頭檢測距離-波幅曲線的靈敏度差異

將工件厚度分為4個范圍，將ⅢA距離-波幅曲線和ⅡA距離-波幅曲線相減，得到表7：

實測的CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊人工反射體的dB數之差，如果大于表7的數值，則可滿足φ2靈敏度的要求；如果小于表7的數值，則表示不能達到φ2靈敏度要求，需要提高檢測靈敏度。

將表7與實測的CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊人工反射體的靈敏度差異結果相比較，可得知：

（1）工件厚度在8～15mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距離-波幅曲線的dB數相差6dB，有0.9 dB的差異，即與φ2靈敏度的要求低0.9 dB，需要提高靈敏度。

（2）工件厚度在>100～120mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距離-波幅曲線的dB數相差4dB，有2.9 dB的差異，即與φ2靈敏度的要求低2.9 dB，需要提高靈敏度。

（3）工件厚度在>15～100mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距離-波幅曲線的dB數相差8dB或9dB，即與φ2靈敏度的要求高1.1 dB或2.1dB，需要降低靈敏度

由對試驗結果進行分析后可知，對于工件壁厚范圍為8mm～120mm的焊接接頭超聲檢測，也可采用CSK-ⅢA試塊，但應對靈敏度進行適當調整以與CSK-ⅡA試塊保持一致[4]。

3 結束語

標準試塊屬于標準物質，需要供應商提供合格證明文件；對比試塊可以根據檢測工件特點和要求從供應商處購買，也可以根據實際情況自己設計制作。總之，試塊是我們超聲檢測中不可或缺的重要器材之一，需要超聲檢測人員很好的熟悉和掌握各種試塊的特點，如CSK-ⅢA與CSK-ⅡA試塊，在相同深度不同孔徑時反射波幅的差異，以便在實際檢測中做出準確的判斷，確保設備使用安全。

參考文獻

[1] GB/T12604.1-2005 .無損檢測 術語 超聲檢測[S].北京：中國標準出版社，2005.

[2] NB/T47013-2015.承壓設備無損檢測[S].北京：中國標準出版社，2015.

[3] JB/T8428-2015 .無損檢測 超聲試塊通用規范[S].北京：中國標準出版社，2015.

[4] JB/T9214-2010.無損檢測 A型脈沖反射式超聲檢測系統工作性能測試方法[S].北京：中國標準出版社，2010.