CSK-IIA试块上DAC曲线制作影响因素研究.pdf

第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月船 舶 职 业 教 育SHIPBUILDING VOCATIONAL EDUCATION收稿日期：2022-05-09作者简介：魏宁（1989），男，辽宁锦州人，实验师，硕士，研究方向：无损检测。Research on the Influencing Factors of DAC CurveProduction on CSK-IIA Test BlockCSK-IIA 试块上DAC曲线制作影响因素研究摘要：DAC 曲线是超声波检测焊接接头时重要的参数，具有决定检测精准度的作用。根据不同标准合理选择检测灵敏度，针对 CSK-域A-1 试块上不同深度的反射体，举例说明了利用 K2 横波斜探头和指定厚度工件，通过理论计算，分别从近场区、端角反射和扩散角三个角度进行分析曲线制作的影响因素，并通过超声波模拟软件进行验证。关键词：曲线；灵敏度；近场区；端角反射；扩散角中图分类号：TG115文献标识码：A文章编号：2095-5928（2023）03-57-031.渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105；2.大连船舶重工集团有限公司，辽宁 大连 116005魏宁1，谭凤一2WEI Ning1，TAN Fengyi21.Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China;2.Dalian ShipbuildingIndustry Co.,LTD.,Dalian 116005,ChinaAbstract:The DAC curve is an important parameter in ultrasonic inspection of welded joints and has the role ofdetermining the detection accuracy.According to different standards,the detection sensitivity is reasonably selected,and for the reflectors at different depths on the CSK-II A-1 test block,the K2 shear wave oblique probe and thespecified thickness workpiece are used to illustrate the influencing factors of curve production from three angles:near-field area,end angle reflection and diffusion angle through theoretical calculation,and verified by ultrasonicsimulation software.Key words:curve;sensitivity;near field area;end-angle reflection;diffusion angleDOI:10.16850/ki.21-1590/g4.2023.03.018超声波检测技术在人们日常生活和工作中发挥着越来越重要的作用。2015 年 4 月，国家能源局发布的 NB/T47013-2015 承压设备无损检测，要求锅炉、压力容器等特种设备行业的超声波探伤在选择检测灵敏度时利用 CSK-A 试块进行曲线制作。绝大多数无损检测人员对 CSK-A试块制作曲线不是很熟悉，甚至在距离点选择时会出现错误操作，因此本文对 CSK-A 试块上曲线制作的注意事项进行具体阐述。1 距离-波幅曲线的概念距离-波幅曲线也称 DAC 曲线，是描述某一确定反射体回波高度随距离变化的关系曲线。缺陷反射回波幅度与缺陷大小及距离有关，大小相同的缺陷由于距离不同，其反射回波幅度也不相同。在检测中，工件中任何深度范围内都可能存在缺陷，距离-波幅曲线形象地描述了规定大小的缺陷在不同厚度范围内的变化规律1。距离-波幅曲线应按所用探头和仪器在试块上实测的数据绘制而成，该曲线族由评定线、定量线和判废线组成。评定线与定量线之间（包括评定线）为区，定量线与判废线之间（包括判废线）为区，判废线及其以上区域为区2。2 距离-波幅曲线的灵敏度选择国际上将探伤灵敏度定义为，在规定频率、技术研究与应用Technology Research and Application57第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月增益和抑制等条件下能探测出最小缺陷的能力，度量探伤灵敏度所用物理量为能探测出最小缺陷的大小3。NB/T47013.3-2015 标准规定，工件厚度为 6 mm200 mm 的焊接接头，斜探头检测时，用 CSK-IIA 试块上 240 长横孔制作距离-波幅曲线，灵敏度按表 1 的规定。现以工件厚度 26 mm 为例，根据表 1 的要求，选择 CSK-I-IA-1 试块进行 DAC 曲线制作3 CSK-IIA-1 试块上反射体的影响3.1 近场区的影响在制作曲线选择第一点时，理论上深度选择越小，曲线制作越精准，对近表面缺陷定量越准确。然而 5 mm 孔由于距离试块表面比较近，受近场区的影响，声压处于不稳定 状态。以2.5P1016K2 探头为例，已知探头前沿长度0=12mm，晶片声源距入射点距离1=10 mm，探头内有机玻璃中纵波声速L1=2 730 mm/s，钢中横波声速S2=3230mm/s。根据 K 值求出探头折射角s=arc tan2=63.4。根据超声波折射反射定律，求出探头入射角L=arc sin（sinsL1S2）=49.1。横波在钢中近场区长度为：1=-2=SS2cos-1tantan）=21 mm。5 mm、10 mm 反射孔一次波声程分别为：1=12+（k1）2姨=11.2 mm；1=22+（k2）2姨=22.4 mm。通过计算可以看出，2.5P1016K2 探头在钢中的横波近场区长度为 21 mm，而该探头在试块上 5 mm 孔一次波传播声程为 11.2 mm，在近场区范围内，声压分布不均匀，对检测定量不利，因此尽可能避免在近场区定量。那么如果第一点不选择 5 mm 而选择 10 mm 孔制作曲线，由于 010 mm 以内的曲线是平直线，是不符合DAC 曲线变化规律的，那么会不会造成 10 mm深度以内的缺陷漏检或者定量不准呢？其实在检测实施过程中，由于焊缝余高的存在，探头无法跨越焊缝进行检测，致使焊缝上半部分无法用一次波进行检测，超声波声束模拟如图 1 所示，在焊缝中心线处该部位高度大概 13 mm 左右，所以曲线第一点选择 10 mm 也是满足检测要求的。图 1 一次波声束覆盖模拟3.2 端角反射的影响在绘制 DAC 曲线时，一般仪器要求至少选择三个不同深度的反射体，且最大距离应大于检测的最大检测声程，依据 NB/T47013.3-2015 标准，进行 B 级检测，采用直射法和一次反射法，最大声程为两倍工件厚度与焊缝余高之和。表 2给出了 CSK-IIA-1 试块上斜探头可调灵敏度深度。T=24 mm 厚度工件，假设焊缝余高为 2 mm，曲线制作长度应至少大于 50 mm，因此可以选择试块上 55 mm 或 60 mm 两个深度，也就是 35 mm孔和 30 mm 孔的二次波。在选择 60 mm 深度制作曲线时，其反射回波容易与来自试块端角反射回波相混淆。图 2-1中，屏幕上水平位置 60 mm 处存在一反射回波，仪器显示简化水平距离为 109 mm，而用钢尺测量出探头前端距离反射体位置为 76 mm，109 mm位置已经接近试块边缘，所以该回波不是反射体试块正放置时可调灵敏度深度/mm二次波8575一次波515504065552535试块倒放置时可调灵敏度深度/mm801020703060试块厚度/mm评定线/dB试块型号适用工件厚度/mmCSK-IIA-3跃40耀200210渍2伊60-10CSK-IIA-1逸6耀4045渍2伊40-18CSK-IIA-2跃40耀100110渍2伊60-14定量线/dB判废线/dB渍2伊60-4 渍2伊60+6渍2伊40-12渍2伊40-4渍2伊60-8 渍2伊60+2技术研究与应用Technology Research and Application船舶职业教育表 1 CSK-IIA 试块尺寸及距离-波幅曲线的灵敏度表 2CSK-IIA-1 试块斜探头可调灵敏度深度58第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月责任编辑：刘月回波。向后移动探头 30 mm 左右，在屏幕上水平位置 60 mm 处又出现一反射回波，如图 2-2 所示，仪器显示简化水平距离为 110 mm，钢尺测量水平距离也是 110 mm，说明该回波是来自试块上 30 mm 孔的二次反射回波。3.3 扩散声束的影响在超声波检测中，声束指向性一般是表征超声波探头定向辐射超声波的性质，指向性的优劣一般用半扩散角 0来表示。0角小，声束指向性好，超声波能量越集中，检测灵敏度高，分辨力好，对缺陷定位准确。超声波的能量主要集中在 0以内的锥形区域，此区域称为主声束。纵波倾斜入射在第二介质中产生横波声场，其声束不再对称于声束轴线，而是存在上下两个半扩散角，其中下边界角用1表示4。将 2.5P1016K2 横波探头带入公式（1）（2）（3）中求出下边界角1=51.6。sin1=a-b（1）a=sin1-（1.22L1S）2姨（2）b=1.22L1S2SL1cos（3）CSK-IIA-1 试块上 40 mm 深度反射孔距离底面 5 mm，在利用该孔制作曲线时，其反射回波存在两个波峰，如图 3 所示。图 3野双峰冶 反射波主波峰显示深度为 40 mm，次波峰显示深度为 43 mm。假设次波峰是超声波扩散声束经底面反射后传播至 40mm 孔形成的二次波，该扩散声束折射角为 1，经底面反射传播至 40 mm 孔的声程为，则有=50/cos1，但是仪器默认折射角为 1=63.4（K2），经仪器计算后显示在屏幕上为深度 43 mm，=cos=50cos1cos63.4=43，得出 1=58.6，处于下半扩散角之内，假设成立。通过试块上两个 40 mm 深度反射孔的波高对比，由于波的干涉影响，CSK-A-1试块，40 mm 孔的反射回波高于 CSK-A-2 试块 40 mm 孔的反射回波 23 dB，在制作 DAC 曲线时尽量避免 40mm 深度孔。对于指定厚度工件，除了正确选择检测探头外，制作曲线时还应该合理选择反射体深度。距离-波幅曲线制作的不正确，不仅影响曲线形状，而且影响缺陷最高波的区域划分，进而影响缺陷的定量与评级。为确保产品质量的可靠性，需对提高检测结果的精准度给予高度重视。参考文献院1 刘应和,卢盛华.超声波检测实用技术M.沈阳:辽宁大学出版社,2017:88-89.2 全国锅炉压力容器标准化技术委员会.NB/T47013.3-2015承压设备无损检测S.北京:新华出版社,2015.3 莫润阳,巨西民,杨静.超声检测中的灵敏度、频率和探头K值J.无损检测,2006(3):165-167.4 郑辉,林树青.超声检测(第二版)M.北京:中国劳动社会保障出版社,2008:67.技术研究与应用Technology Research and ApplicationCSK-IIA 试块上 DAC 曲线制作影响因素研究图 2-1 端角反射回波图 2-2 30mm 孔二次波59