承压设备超声检测试块浅析

刘平

摘 要 超声波检测中用于仪器探头系统性能校准的试块就是标准试块；用于检测校准的试块就是对比试块。本文介绍了标准试块的校准功能和要求、對比试块的选择原则和灵敏度的差异。

关键词 标准试块；对比试块；灵敏度

前言

超声波检测是无损检测中的一种常规检测方法，它是基于一种对比的方式来确定检测灵敏度和对缺欠定量的方法，所以试块在超声检测中的作用特别重要。对于承压设备超声检测，根据现行NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测 第3部分：超声检测》将超声检测试块分为标准试块和对比试块两种。标准试块就是用于仪器探头系统性能校准的试块；对比试块就是用于检测校准的试块。在实际检测过程中正确选择和应用这些试块是我们检测工作质量的基础。

1 标准试块的应用

在本标准中标准试块为20号优质碳素结构钢制的CSK-ⅠA、DZ-Ⅰ和DB-P Z20-2试块。（分别见下图）

1.1 CSK-ⅠA试块的主要用途是：

（1）利用厚度25mm处测定仪器和探头的水平线性；

（2）利用厚度25mm和高度100mm尺寸，调整纵波直探头检测范围和扫描速度；

（3）利用厚度25mm或高度100mm尺寸，校验仪器的水平线性、垂直线性和动态范围；

（4）利用R50和R100圆弧面测定材料声速、校准横波斜探头的零偏和测定斜探头的入射点；

（5）利用高度85mm、91mm和100mm尺寸，测定直探头和仪器组合的远场分辨力；

（6）利用φ40mm、φ44mm和φ50mm圆弧曲面测定斜探头的分辨力；

（7）利用φ50mm曲面和φ1.5mm圆孔面横通孔测定斜探头的折射角（K值）；

（8）利用试块直角棱边测定斜探头的声轴偏转角。

1.2 DB-P Z20-2试块的主要用途是：

（1）利用深度200mm处φ2mm平底孔测定直探头检测时仪器和探头灵敏度余量；

（2）利用深度200mm处φ2mm平底孔测定直探头检测时仪器和探头垂直线性；

（3）利用深度200mm处φ2mm平底孔测定直探头检测时仪器和探头动态范围；

1.3 DZ-Ⅰ试块的主要用途是：

利用不同深度的横通孔测定直探头检测时仪器和探头的盲区[1]。

2 对比试块的应用

对比试块的种类与数量远远超过标准试块的种类与数量。检测不同类型工件中存在的不同性质的缺陷就要依据不同型号对比试块上不同形状人工反射体的反射特征模拟被检工件中不同性质缺陷的反射特征，并以此来确定检测灵敏度。

在本部分中对比试块包括板材对比试块、锻件对比试块、Ⅰ型焊接接头对比试块和Ⅱ型焊接接头对比试块等等。

2.1 曲率半径大于250mm的Ⅰ型焊接接头对比试块

该系列试块主要有：CSK-ⅡA、CSK-ⅢA和CSA-ⅣA三种（见下图）。

它们在适用范围和探头、反射体类型及特征方面的特点，见表1：

2.2 关于CSK-ⅡA和CSK-ⅣA试块的设计特点

（1）合理布置了人工反射体位置；在厚度方向上，根据检测厚度范围的不同规定了其第一个和最后一个横通孔的位置离表面的距离为5mm或10mm；

（ 2）根据检测范围的不同合理的规定了反射体的数量和试块的厚度；

（3）该试块即适合斜探头灵敏度调节，同时也适合于直探头灵敏度的调节；

（4）CSK-ⅡA试块设计成带斜边主要是为了减少试块长度，同时也是为了直探头灵敏度的调节增加反射体位置。

（5）关于CSK-ⅣA试块：NB/T47013.3-2015[2]标准只给出了推荐图，对于这种横通孔位置的布置，在一定K值的探头调节时，有可能出现不同深度反射体其声程相同的问题，实际制作该试块时应全面考虑横通孔的位置，但是孔的深度和数量不能改变。

（6）CSK-ⅡA和CSK-ⅣA试块的设计另外考虑了与国际标准接轨：CSK-ⅡA试块主要参考了欧盟（EN）和日本（JIS）标准采用了φ2mm横通孔作为反射体；CSK-ⅣA试块主要参考了美国ASME规范进行改进将人工反射体设计成φ6mm横通孔。

2.3 关于CSK-ⅢA试块的使用特点

（1）CSK-ⅢA试块自JB1152-81标准采用以来，是我国锅炉、压力容器行业焊接接头超声斜探头检测的主要对比试块，该试块人工反射体为短横孔，在远场区反射规律与平底孔相近。

（2）CSK-ⅢA试块人工反射体设置比较合理，具有中国特色，但和国际标准通常使用的人工反射体（横通孔）不一致，在一定程度上影响标准的国际交流。

（3）对于工件壁厚范围为8～120mm的焊接接头超声检测，可以采用CSK-ⅢA试块调节灵敏度，但应对灵敏度进行适当调整以与CSK-ⅡA试块保持一致。明确斜探头检测时，灵敏度以CSK-ⅡA试块为基准。

（4）工件厚度>40mm平板对接接头C级检测、T型焊接接头、角接接头的超声检测在要用到直探头进行灵敏度调节时，无法使用CSK-ⅢA试块进行直探头灵敏度调节，此时需要借助其他试块进行直探头灵敏度调节。

2.4 关于实测CSK-ⅢA与CSK-ⅡA试块人工反射体的灵敏度差异

CSK-ⅢA试块使用的是Φ1×6mm短横孔，CSK-ⅡA试块使用的是Φ2mm长横孔。以下是不同探头在CSK-ⅢA试块和CSK-ⅡA-2试块上（Φ1mm和Φ2mm）同一深度，经过实测得到的人工反射体灵敏度的差异，见表2至表6：

由表2至表6可知：

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

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

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

通过以上试验发现不同的反射体在不同距离范围内超声波的反射规律有所不同，如果希望用CSK-ⅢA试块调节出CSK-ⅡA试块的灵敏度，试验证明是不可能的。基于这种情况，NB/T47013.3-2015[2]标准保留CSK-ⅢA试块是有前提条件的[3]。

2.5 关于CSK-ⅢA与CSK-ⅡA试块斜探头检测距离-波幅曲线的灵敏度差异

将工件厚度分为4个范围，将ⅢA距离-波幅曲线和ⅡA距离-波幅曲线相减，得到表7：

实测的CSK-ⅢA与CSK-ⅡA试块人工反射体的dB数之差，如果大于表7的数值，则可满足φ2灵敏度的要求；如果小于表7的数值，则表示不能达到φ2灵敏度要求，需要提高检测灵敏度。

将表7与实测的CSK-ⅢA与CSK-ⅡA试块人工反射体的灵敏度差异结果相比较，可得知：

（1）工件厚度在8～15mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距离-波幅曲线的dB数相差6dB，有0.9 dB的差异，即与φ2灵敏度的要求低0.9 dB，需要提高灵敏度。

（2）工件厚度在>100～120mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距离-波幅曲线的dB数相差4dB，有2.9 dB的差异，即与φ2灵敏度的要求低2.9 dB，需要提高灵敏度。

（3）工件厚度在>15～100mm，φ1和φ2最大相差6.9dB，而距离-波幅曲线的dB数相差8dB或9dB，即与φ2灵敏度的要求高1.1 dB或2.1dB，需要降低灵敏度

由对试验结果进行分析后可知，对于工件壁厚范围为8mm～120mm的焊接接头超声检测，也可采用CSK-ⅢA试块，但应对灵敏度进行适当调整以与CSK-ⅡA试块保持一致[4]。

3 结束语

标准试块属于标準物质，需要供应商提供合格证明文件；对比试块可以根据检测工件特点和要求从供应商处购买，也可以根据实际情况自己设计制作。总之，试块是我们超声检测中不可或缺的重要器材之一，需要超声检测人员很好的熟悉和掌握各种试块的特点，如CSK-ⅢA与CSK-ⅡA试块，在相同深度不同孔径时反射波幅的差异，以便在实际检测中做出准确的判断，确保设备使用安全。

参考文献

[1] GB/T12604.1-2005 .无损检测 术语 超声检测[S].北京：中国标准出版社，2005.

[2] NB/T47013-2015.承压设备无损检测[S].北京：中国标准出版社，2015.

[3] JB/T8428-2015 .无损检测 超声试块通用规范[S].北京：中国标准出版社，2015.

[4] JB/T9214-2010.无损检测 A型脉冲反射式超声检测系统工作性能测试方法[S].北京：中国标准出版社，2010.