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          超聲波探傷儀CSK-IIIA標準試塊為何被“軟禁”

          2022年03月15日

          NB/T47013.3-2015標準實施之前,CSK-IIA超聲波試塊和CSK-IIIA超聲波試塊均是被認可的對比試塊,可是在實際應用中,由于在CSK-III超聲波試塊上制作DAC曲線操作簡單,適用的厚度范圍廣。因此,CSK-IIIA超聲波試塊在特種設備行業中廣泛使用,只要帶著一塊3A超聲波試塊,便可走遍“全中國”,CSK-IIIA超聲波試塊可謂出盡風頭。而新標準實施之后,劇情似乎發生180度大反轉,CSK-IIIA超聲波試塊被“軟禁”在附錄O中,而CSK-IIA超聲波試塊卻重新被委以重任,甚至與CSK-IIA超聲波試塊有裙帶關系的RB-C超聲波試塊也被提拔。正所謂三十年河東,三十年河西。

          CSK-IIIA超聲波試塊被軟禁的原因

          勝軍的《長橫孔與短橫孔試塊研究》文章中,提到了長橫孔與短橫孔試塊并存的歷史由來。

          文章指出,在1973年我國檢測行業在蘭州通過了JB/T1152-73標準,這一標準中規定的參考反射體是Φ1×20mm橫孔。使用一段時間后,大家普遍發現這一參考反射點有問題,由于存在側壁干擾和端角反射現象,使用超聲波的最高反射回波位置不在正對著橫孔的位置,而是偏離一定角度。因此,后來人們開始此采用Φ2×40mm長橫孔試塊,即CSK-IIA試塊作為參考反射體。這期間某鍋爐廠提出CSK-IIIA試塊,即Φ1×6mm短橫孔試塊,并在一些鍋爐廠得到廣泛應用。1981年在對JB1152-73標準中進行修訂時,采用長橫孔還是短橫孔稱為爭論的焦點。由于爭論沒有結果,最終在JB1152-81標準中將兩種孔型的試塊都列入。JB4730-94、JB4730-2005均延續了這一規定。

          是什么原因導致CSK-IIA超聲波試塊重新重要,而CSK-IIIA超聲波試塊被“軟禁”呢?

          要分析CSK-III超聲波試塊被“貶”的原因,還得從超聲波試塊特性的優缺點來分析。學習一些文章和資料后,我從下面三個方面來分析該原因,僅為個人觀點。

          1. 超聲波試塊厚度的影響——側壁干擾

          CSK-III超聲波試塊厚度為25mm,新版標準中CSK-IIA超聲波試塊需要根據厚度分為CSK-IIA-1和CSK-IIA-2等,其中CSK-IIA-1超聲波試塊厚度為40mm,CSK-IIA-2超聲波試塊厚度為60mm。

          “K值之父”馬銘鋼前輩,在《超聲波檢測中兩個值得反思的問題》文章中指出,一般斜探頭的聲場在不太遠的聲程處,其聲束邊緣已經達到試塊的兩側,引起側壁反射,干擾了聲場。而在實際檢測中遇到的工件,則并不如此。所以在這樣窄的試塊中,不論其反射體是短橫孔還是長橫孔,對于距探測面較遠的孔來說都不應該作為驗收之用,也不能用于較厚的超聲檢測。

          有人會提出不同的觀點。CSK-III超聲波試塊中,在短橫孔端面設計了一個半圓弧,其目的不就是為了避免試塊的端面引起側壁干擾嗎?

          馬前輩認為短橫孔端面的半圓柱形缺口,不能解釋不存在了側壁干擾,其作用僅為了容易在試塊中部加工Φ1×6mm的橫孔。所以CSK-IIIA超聲波試塊確實還會存在側壁干擾現象,由于側壁干擾的存在,最高反射波不在探頭軸線上,從而影響缺陷的定位和定量。

          2. 短橫孔與長橫孔的優缺點比較

          CSK-III超聲波試塊采用了Φ1×6mm的橫孔,新版標準中CSK-IIA-1超聲波試塊采用Φ2×40mm的橫孔,CSK-IIA-2超聲波試塊采用Φ2×60mm的橫孔。通過理論計算,通常情況下Φ1×6mm被看作為是短橫孔,而Φ2×40mm在厚度為40mm以內可看作為長橫孔,Φ2×60mm在厚度為80mm以內也可看作為長橫孔。如:當用K=2.5,頻率f=2.5MHz,晶片直徑D=14mm時,通過公式(D為晶片有效直徑),可計算出在孔深80mm時,聲束直徑約55~57mm,因此,孔長60mm能滿足長橫孔的條件。

          短橫孔與長橫孔有那些優缺點呢?

          雷勝軍指出,焊縫中常見的缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等。不同性質的缺陷對超聲波的反射規律不同,即使用同一類型的缺陷,其形狀不同,對超聲波的反射規律也會不同。因此,要采用某一種人孔缺陷來模擬所有缺陷的反射規律是不實現的,只能是在某種程度上的近似。從常識上判斷,尺寸大的缺陷其反射規律可能與長橫孔接近,尺寸小的缺陷可能與短橫孔相似。

          而焊縫中,小尺寸的缺陷雖然出現的概率遠大于大尺寸的缺陷,如點狀氣孔、夾渣焊縫中經常出現,而這些小缺陷對焊縫強度影響較小。通常在實際檢測中,按標準要求允許存在這類小缺陷。但是大缺陷危害大,如未焊透、未熔合、裂紋等缺陷對焊縫傷害極大。因此,大缺陷才是我們必須找出的對象,所以采用長橫孔似乎更加合理。

          長橫孔還適用于直探頭檢測焊縫的基準靈敏度調節,因此,斜探頭掃查發現缺陷后,還可以用直探頭對缺陷進行定量分析。

          3. 與國際接軌

          新標準重新設計了CSK-IIA超聲波試塊上長橫孔的位置和數量,其主要參考了歐盟(EN)和日本(JIS)標準。除此之外,還有ISO、法國BV、挪威船級社以及美國ASME等標準均采用了長橫孔設計。

          而CSK-IIIA超聲波試塊和K值,同屬我國的一個“獨特”,短橫孔試塊是不能被國際認可。中國在世界中的地位和話語權不斷提高,與老外的貿易越來越多,為了與國際接軌,是時候將某些具有中國特色的典型作出適當的調整。


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