蓄能器壳体超声直接接触法“K”值选择的方法和原则

郑其海王珏炜杨忠宇韩 静王建德

（1.宁波镇海甬安无损检测工程有限公司 宁波 315207）

（2.宁波市特种设备检验研究院 宁波 315200）

蓄能器壳体超声直接接触法“K”值选择的方法和原则

郑其海1王珏炜1杨忠宇1韩 静1王建德2

（1.宁波镇海甬安无损检测工程有限公司 宁波 315207）

（2.宁波市特种设备检验研究院 宁波 315200）

蓄能器制造厂对原材料超声复验时，只采用单一K值的斜探头进行检测。致使造成漏检和误判。本文根据超声原理，结合工作实例，叙述论述了对不同曲率钢管超声检测时K值选择的方法要求和原则，从源头起控制制造质量，以确保特种设备的安全运行。

直接接触法 K值 选择原则 蓄能器

蓄能器壳体由35CrMo或20无缝钢管下料后，经中频加热旋压成球形封头。根据GB/T 20663-2006中规定“钢管制造单位对35CrMo材料出厂前须经100%UT检测。蓄能器制造厂在封头成形前，根据不同炉批号，须进行10%的UT复验，对20#钢钢厂未经UT检测，制造厂须100%检测。”宁波奉化目前已有20家制造厂取得“AI”级制造许可。过去这些单位都采用“液浸法”进行复检，该方法虽然成熟，但在对检测装置制作中，具有精度上要求很高的特点，且对操作者在实际检测中需要较多的计算，对仪器调试较繁琐，所以目前制造厂都改用将探头直接接触在钢管上进行周向检测。

由于蓄能器的容积不同，故采用钢管的直径，壁厚的规格也不同，虽然操作方便直观，但笔者发现不少单位在检测中随意采用一种“K”值的探头，去检测各种规格和壁厚的钢管。探头“K”值不同，其入射到第二界面的折射角度也不同，面对不同曲率的接触面和不同规格的厚度，就会对大部分受检品造成误判和漏检。为保证产品质量和特种设备的安全运行，下面根据超声检测的原理，来探讨面对不同曲面和壁厚的钢管，“K”值选择的方法和原则。

1 探头“K”值选择的原理和方法

1.1 曲面超声检测原理

图1 外壁半径R的探伤有关参数

1.2 δmax，δ和σ0的计算方法

1）不同“K”值的探头所能探到的最大壁厚

当钢管外壁半径R及探头折射角β给定时，对钢管外表面进行探伤时，其最大可检壁厚EC=δmax，可由下面方法来确定。如图2所示，C点为探头声束中心轴AF对钢管某半径OE的交点，则EC=δmax，

图2 在给定R及β时所能探测的最大壁厚

表1 对于不同K值最大可见壁厚参数

2 实现周向横波检测的条件

沿外径做周向扫查的横波检测是钢管检测的主要方式。钢管检测中最重要的目的，是在满足前述条件下能同时检测出钢管内、外壁的纵向裂纹，但能保证声束可以检测到内壁缺陷的前提就是在管材中产生纯横波的先决条件。如图3所示，当声束以纵波入射角进入管材（壁厚为t，外径为D）时，声束按锯齿形路径传播，入射到管材内壁时，入射角为β1，当β1=90°时，声束轴线与钢管内壁相切，当声束到达内壁的临界状态，此时折射角β满足下列条件：

可以选取合适的探头，若钢管外壁半径为R，壁厚为δ，则：

式中：

CS2——钢管中的横波速度；

C12——钢管中的纵波速度。

对于钢管纵波速度为5850m/s，横波速度为

3 若固定一种“K”值在检测结果中的分析

某些蓄能器制造单位的同行用对平板焊缝应用探头的体会，认为当K值=2时，都能适用各种中厚板以下壁厚的经验，应用不同曲率和厚度的钢管检测，虽然还能检测到标准试块中的人工缺陷反射波，但灵敏度只能达到表1中可选“K”值范围的10%，其原因参见图3和图4。图3中主声束通过与内壁相切(临界)，直射外壁人工缺陷，故灵敏度很高，而在图4中所示锯齿形途径，主声束因折射角的限定和偏离，经内外壁的多次反射，才到达人工缺陷，此是原因之一，再根据超声原理，实际应用的探头中的波源近似为球面波，而当球面波入射到弯曲的凸界面上时，其反射波将发生发散。参见图5。此时由于折射角过大，主声束径内壁凸面的多次发散和衰减，其反射声能接收到人工缺陷的反射波时，自然会大大降低灵敏度，造成漏检。

图3 纯横波检测基本原理

图4 声波锯齿形传播原理

图5 球面波在凸面界面上的反射-发散

4 小结

本文简单叙述和例证了不同曲率和壁厚的钢管在检测中选取探头“K”值的原理，方法和原则，提请同行在特种设备用的钢管超声检测中的要求，用列表的方式，免去检测时运用较繁琐的计算，利用已初步算出的函数f(A)作成表格适用于现场操作时的计算方法，供同行参考。

1北京市技术交流站主编.《超声波探伤原理及其应用》[M].北京机械工业出版社，1982: 236～238.

2（M）郑辉、林树青著《超声检测》[M].第二版.北京:中国劳动社会保障出版社,2008:232～233

3 张起群.对偏焦移量对搭接标记K值的影响[J].中国特种设备安全,2009,25(10): 41～42.

4 夏崇峻,等.JB/T 4730—2005.2 允许透照厚度比K值的应用[J].中国特种设备安全,2011,27(08): 26～27.

5王珏炜,等.蓄能器壳体旋压成形封头超声液浸检测方法[J].中国特种设备安全,2010,26(9): 47～49.

The Method and Principle of Choosing "k-value" by Ultrasonic in Direct Contact Method for Accumulator Shell

Zheng Qihai1Wang Juewei1Yang Zhongyu1Han Jing1Wang Jiande2
(1.NB zhenhai yongan NDT Engineering Co.Ltd Ningbo 315207)
(2.NB special equipment inspection Institute Ningbo 315200)

When recheck the material by ultrasonic, the accumulator factory often operates with only a single “k-value” probe, which may cause missed-checking and false judgment . Based on the principle of ultrasonic testing and combined with working example , this paper has described the principle and method requirement of“kvalue” choosing, when check the different curvatures of the pipe by ultrasonic testing . It describes how to control the manufacturing quality from the source , to make sure the safe operation of the special equipment.

Direct contact method k-value Selection principle Accumulator

X924.2

B

1673－257X(2014)11－62－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.018

郑其海(1966～),男,总经理，工程师，主要研究方向是无损检测技术管理和新技术应用。

2014-06-03）