对NB/T 47013.3-2015标准中焊接接头超声检测内容的探讨

(广州市特种承压设备检测研究院， 广州 510663)

笔者在文献[1]中论述了焊缝超声检测灵敏度与检出缺陷的数字定量计算公式、计算结果以及计算结果的应用，并提出了不同尺寸对比试块的等效代用方法。根据文献[1]的内容，对NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测 第3部分 超声检测》标准中焊接接头超声检测的几点内容进行了探讨，并与国家标准GB/T 11345-2013《焊缝无损检测 超声检测技术、检测等级和评定》和GB/T 29712-2013《焊缝无损检测 超声检测 验收等级》作对照分析，从而探讨了标准内容的科学合理性，为今后标准的修订提供参考。其中：GB/T 11345-2013修改并采用了ISO 17640：2010Non-destructiveTestingofWelds-UltrasonicTestingTechniques,TestingLevels,andAssessment标准；GB/T 29712-2013修改并采用了ISO 11666：2010Non-destructiveTestingofWelds-UltrasonicTesting-AcceptanceLevels标准[2]。

1 检测评定线、定量线、判废线灵敏度的高低及其合理性

以检测板厚为20 mm的I型焊缝为例，根据文献[1]的数据，NB/T 47013.3-2015标准、GB/T 11345-2013标准和GB/T 29712-2013标准规定的检测灵敏度与检出的缺陷直径当量如表1，2所示(表2中t为板厚；L为缺陷显示长度；H0为参考等级)。

表1 NB/T 47013.3-2015标准规定的检测灵敏度与检出缺陷直径当量 mm

表2 国家标准规定的两个等级焊缝的检测灵敏度与检出缺陷直径当量 mm

检测技术1规定以直径为φ3 mm的横孔作为基准反射体制作DAC(距离-波幅)曲线， 并以此作为参考等级；国家标准的参考等级相当于NB/T 47013.3-2015标准的基准灵敏度，国家标准的评定等级、记录等级、验收等级分别相当于NB/T 47013.3-2015标准的评定线、定量线和判废线灵敏度。

1.1 评定线灵敏度

检测板厚为20 mm的焊缝，NB/T 47013.3-2015标准中规定检测横向缺陷评定线灵敏度为φ2 mm×40 mm-24 dB (对比试块横孔直径为φ2 mm，横孔长度为40 mm，下同)，所检出的缺陷直径当量是0.008 mm；检测纵向缺陷评定线灵敏度为φ2 mm×40 mm-18 dB，所检出的缺陷直径当量是0.032 mm。前者检出的缺陷尺寸是后者的四分之一，即前者的评定线灵敏度比后者的高，前者的评定线灵敏度为后者的4倍。

检测板厚为20 mm的焊缝，NB/T 47013.3-2015标准中规定检测纵向缺陷评定线灵敏度为φ2 mm×40 mm-18 dB，所检出的缺陷直径当量是0.032 mm；国家标准2级焊缝评定等级为φ3 mm×40 mm-14 dB，所检出的缺陷直径当量是0.119 mm。前者检出的缺陷尺寸约是后者的四分之一，即前者的评定线灵敏度比后者的高，约为后者的4倍。

由此可见，NB/T 47013.3-2015标准中检测焊缝横向缺陷评定线灵敏度比国家标准中2级焊缝的评定等级要高得多, 前者约为后者的16倍 。

虽然较高的评定线灵敏度能检出更微小的缺陷，但较高的评定线灵敏度给检测工作带来了负面影响。在实际检测工作中，有些检测人员为了避免扫查灵敏度(即评定线灵敏度)太高而影响工作，于是把扫查灵敏度降为定量线灵敏度，即超过定量线的缺陷才进行评定(标准NB/T47013.3-2015以前的版本对I区显示没有硬性的记录和评定要求)。这样焊缝的检测质量就难以保证了。

超声检测理论工作者也对检测灵敏度高低的利弊作出了分析。灵敏度选得太高会引起很多杂波，影响缺陷的判别，并使各细小的缺陷也产生反射信号，引起不必要的返修；灵敏度选得太低会使一些危害性较大的缺陷也只有较小的反射，从而造成漏检[3]。

评定线灵敏度对条状缺陷测长和焊缝质量评定都有重要的影响。NB/T 47013.3-2015标准中评定线灵敏度过高的问题是值得重视的。

1.2 定量线灵敏度

检测板厚为20 mm的焊缝，NB/T 47013.3-2015标准中检测纵向缺陷定量线灵敏度为φ2 mm×40 mm-12 dB，所检出的缺陷直径当量是0.126 mm，与国家标准中2级焊缝在缺陷显示长度L>t、记录等级为φ3 mm×40 mm-14 dB时检出的缺陷直径当量0.119 mm大致相等；但比在缺陷显示长度0.5t

检测板厚为20 mm的焊缝，NB/T 47013.3-2015标准中检测横向缺陷定量线灵敏度为φ2 mm×40 mm-18 dB，所检出的缺陷直径当量是0.032 mm，这大约是国家标准2级焊缝在缺陷显示长度L>t、记录等级为φ3 mm×40 mm-14 dB时检出的缺陷直径当量0.119 mm的四分之一；更比缺陷显示长度0.5t

1.3 判废线灵敏度

检测板厚为20 mm的焊缝，NB/T 47013.3-2015标准中检测纵向缺陷判废线灵敏度为φ2 mm×40 mm-4 dB，所检出的缺陷直径当量是0.796 mm，这与国家标准中2级焊缝在缺陷显示长度0.5tt、验收等级为φ3 mm×40 mm-10 dB时检出的缺陷直径当量0.300 mm要大，又比缺陷显示长度L≤0.5t、验收等级为φ3 mm×40 mm-0 dB时检出的缺陷直径当量3.000 mm要小。 可见NB/T 47013.3-2015标准中检测焊缝纵向缺陷的判废线灵敏度与国家标准的验收等级相差不大。

检测板厚为20 mm的焊缝，NB/T 47013.3-2015标准中检测横向缺陷判废线灵敏度为φ2 mm×40 mm-10 dB，所检出的缺陷直径当量是0.200 mm，这与国家标准2级焊缝在缺陷显示长度L>t、验收等级为φ3 mm×40 mm-10 dB时检出的缺陷直径当量0.300 mm大致相等；但比缺陷显示长度0.5t

由此可见，根据焊缝质量要求合理确定评定线、定量线和判废线灵敏度的数值，是标准修定时需要重点考虑的内容。

2 6 dB法与端点6 dB法对条状缺陷测长的科学合理性

对于长度大于探头声束宽度的条状缺陷，NB/T 47013.3-2015标准中规定用以下方法测量缺陷的指示长度。

(1) 当缺陷反射波只有一个高点，且位于II区或II区以上时，用6 dB法测量其指示长度。

(2) 当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且均位于II区或II区以上时，应以端点6 dB法测量其指示长度。

(3) 当缺陷最大反射波幅位于I区时，将探头左右移动，使波幅降到评定线，用评定线绝对灵敏度法测量缺陷指示长度。

文献[4]指出，6 dB测长法是在移动探头找到缺陷的最大反射波后, 调节衰减器, 使缺陷波高降至基准波高。然后用衰减器将仪器灵敏度提高6 dB，沿缺陷方向移动探头，当缺陷波高降至基准波高时，探头中心线之间的距离就是缺陷的指示长度(见图1)。端点6 dB法实质上是对有多个反射波峰的条状缺陷端部的缺陷波作6 dB法测长(见图2)[4]。

图1 6 dB法测长原理示意

图2 端点6 dB法测长原理示意

条状缺陷的形状基本可以分为两类：第一类是直径不变的条状缺陷，即其直径以不变的尺寸沿一定的方向延伸，到一定距离后减为0(见图1，3)；第二类是直径变化的条状缺陷，其直径以变化的尺寸沿一定的方向延伸，随着缺陷的延伸，其直径不断减小，到一定距离后减为0(见图4)。

图3 直径不变的条状缺陷示意

图4 直径变化的条状缺陷示意

6 dB法对第一类形状的条状缺陷测长时，在探头移动的过程中，缺陷端点之前直径不变的部分因为缺陷反射体的面积不变，因而反射回波声压不变，反射波高也不变；当探头中心线移动到缺陷端点时，因为缺陷反射体的面积减小了50%，因而反射回波声压也降低了50%，反射波高也就降低了6 dB(见图1)。由此可知，6 dB法对第一类形状的条状缺陷测长是合理的；端点6 dB法实质上是对多个均位于II区或II区以上反射波峰的条状缺陷端部的缺陷波作6 dB法测长，其测长原理与6 dB法是相同的。因此，对第一类形状的条状缺陷测长同样是合理的(这也是目前标准采用这两种测长方法的理论依据)。但是，在产品的焊接接头中，第一类形状的条状缺陷是极为罕见的，可以说条状缺陷基本上都是第二类缺陷形状，因此更应研究用这两种方法对第二类形状的条状缺陷测长是否合理。以下通过对检测实例的数字计算加以论述。

按NB/T 47013.3-2015标准检测板厚为20 mm的焊缝的纵向缺陷, 发现深度10 mm处有单一缺陷波反射, 其最大波幅比同深度判废线高8 dB(位于III区)。按标准规定的6 dB法对缺陷测长，求测出的缺陷端点反射波幅对应检出的缺陷直径当量。(设此缺陷属于第二类形状的条状缺陷)

检测板厚为20 mm焊缝的纵向缺陷，NB/T 47013.3-2015标准的评定线、定量线、判废线灵敏度分别是φ2 mm×40 mm-18 dB，φ2 mm×40 mm-12 dB和φ2 mm×40 mm-4 dB。

以下为计算6 dB法测长过程中，不同缺陷部位波幅对应检出的缺陷直径当量。

图5 6 dB法对直径变化的条状缺陷测长原理示意

(1) 缺陷在最大波幅时对应检出的缺陷直径当量Df2(见图5中A点)。最大波幅比判废线高8 dB，即φ2 mm×40 mm+4dB，也就是比基准波高高4 dB，则Df2为5.024 mm。

(2) 缺陷由最大波幅降至基准波高时，对应检出的缺陷直径当量Df2(见图5中A点)。缺陷由最大波幅降至基准波高，即φ2 mm×40 mm+0 dB，Df2为2 mm。

(3) 按6 dB法测长，用衰减器将仪器灵敏度提高6 dB，探头沿缺陷延伸方向移动，使缺陷波幅降至基准波高，此时探头中心线对应的缺陷部位就是缺陷端点(见图5中B、C点)。由于缺陷端点波幅为φ2 mm×40 mm-6 dB，可求得Df2为0.502 mm。

由计算结果可知，用6 dB法对缺陷测长后，缺陷端点部位直径当量是0.502 mm，这比定量线检出的0.126 mm和评定线检出的0.032 mm还大得多(虽然这时缺陷波幅由基准波高降低了6 dB，但实际上缺陷并没有断开, 只是因为缺陷直径减小使声波反射面积减小，从而导致反射声压降低。当缺陷直径当量从基准反射孔直径2 mm减小至0.502 mm时，就使反射回波降低了6 dB)(见图5中B、C点)。如果这时就把Df2为0.502 mm直径当量的位置B、C点作为缺陷的端点，把两端点的距离作为缺陷的指示长度，则缺陷指示长度的测定就不一定合理了。对照国家标准2级焊缝把评定等级检出的0.119 mm直径当量的位置作为缺陷的端点，则NB/T47013.3-2015标准6 dB法测出的缺陷指示长度就明显短了，这样对缺陷的质量评定就会有严重的影响(端点6 dB法也是同样的问题，这里就不再加以论述)。因此，对产品焊接接头中存在的第二类形状的条状缺陷，6 dB和端点6 dB测长方法的科学合理性是值得探讨的。

国家标准对条状缺陷长度采用固定回波幅度等级技术测定方法，即对回波幅度等于或大于评定等级的显示测量时，将探头左右移动，使波幅降低至评定等级，以此测定指示长度(见图6，7)。这种测量方法保证了缺陷端点直径当量就是评定等级要求检出的最小缺陷直径当量。这样，只要评定等级确定的数值合理，测出的条状缺陷长度就是合适的，焊接接头质量评定的可靠性就能得到有效的保证。

图6 回波幅度降至评定等级测长方法

图7 回波幅度降至评定等级缺陷长度

图6，7中l为缺陷的指示长度； 1，2处为回波幅度等于评定等级的位置； a为最高回波； b为评定等级。

3 检测对比试块的选用

NB/T 47013.3-2015标准规定的对比试块型号有CSK-IIA、CSK-IIIA、CSK-IVA、GS等，数量多达十多块，基准反射孔直径为1，2，6 mm, 这样不仅试块数量多，而且体积大、质量大，检测人员操作起来不够方便。能否通过对检测灵敏度的改变，使不同尺寸对比试块等效代用，达到减少试块数量和尺寸的目的是值得考虑的问题。笔者在文献[1]中提出的通过改变检测灵敏度而使不同尺寸对比试块等效代用的方法是值得参考的。

国家标准横孔检测技术1没有规定对比试块的具体型号，只规定基准反射孔直径是3 mm，反射孔长度应大于用-20 dB法测得的声束宽度以及反射孔的间距、试块最小尺寸等要求。这较为简单明确的规定就使建设单位、施工单位和检测单位人员能适当地选择对比试块，在降低检测成本的同时，也增加了工作的方便性。

国家标准对比试块基准反射孔采用单一直径的规定是值得参考的。

4 结语

对NB/T 47013.3-2015标准中焊接接头超声检测内容的讨论对相关学者、专家和检测人员有所帮助，有助于修订出一个更加科学合理的焊接接头超声检测验收标准。