横波斜探头超声检测中K值偏差分析

1、横波斜探头超声检测中K值偏差分析武汉中正化工设备有限公司符武星用横波斜探头检测焊缝时，对缺陷的定位是必不可少的，不仅是缺陷返修的需要， 它本身也可帮助检测人员正确的判伤。因为焊缝中多数缺陷的产生与位置有着一定的关联，如根部未焊透、根部未熔合、根部夹渣，多道焊时清渣不彻底时产生的夹渣，其位 置也会在该焊道的高度，等等。横波斜探头检测焊缝时缺陷的水平和深度定位均基于K值（或折射角卩），因此K值的准确性是很重要的。本文将就检测面为平面或大曲率弧面时，根据我的检测实践对K值偏差对深度定位的影响作详细分析。我公司配备的仪器为汉威 HS610e型数字仪。在检测前，我们应校准仪器、探头的 一些重要参数，如水

2、平基线扫描比例、零偏、前沿、K值等，完毕后进入检测状态下，仪器显示屏右侧状态栏会有缺陷定位参数值的显示 （声程S）、-（水平L）、J （深度H）。扫查焊缝时，我们要关注这些参数以帮助判伤。实际检测中操作人员关注最多的深度和水平，数字仪器本身最关注的却是声程（即声波的往返的时间t）。对于工件中某一特定缺陷：其声程 S （即声波往返时间t）是一 定的；水平和深度是基于其与折射角卩（或 K值）和斜边（声程）相互关系自动计算得 出。L= S _ 一 = S -二：-'1-'"'H= S：仃污.>=S ： 二一二1s= “ at对于闸门内某一特定示波，其对应的 S

3、 L、H值由检测人员实测的 K值Kc自动计算 得出并显示在仪器右侧状态栏。此时的H值用Hc表示。由于实测K值Ke与真实K值Kz有偏差，示波对应的真实 H值用Hz表示:Hz= S口审险=S .' ：' ： 一上Z = |Hz Hc| =一-八一 一-.-一.1 二-|Z即为由于实测K值与真实K值误差导致的深度偏差（同样也会导致水平L的偏差）。 这种偏差在特定情况下给检测人员判伤带来困难。尤其是当缺陷位于一次波（直射波） 的末梢和薄板检测时，伤波与工件表面不规则反射波易混淆。可见检测前对仪器和探头 的校准及相关测量的准确度是很重要、不可忽略的，后面的讨论数据更能说明这一点。为了便于

4、后面的讨论，我们约定一下有关参量代号，并作简要分析和声明。 实测K （卩）值用Kc （卩c）表示；它主要相关于检测人员的操作：自动校正是否准确、前沿测量是否准确（模拟机手 工测量K值时）、磨损后不及时校正、所选测量孔 注、测量时是否找准最高波等等； 仪器上显示的 （声程 S）用S）表示；深度 H）用Hc表示； 客观上每个探头在试块上有一个真实且唯一的K （卩）值，用Kzs（3 zs）表示； 探头在工件上也有一个真实K （3 ）值，用KZg （3 zg）表示，它主要相关于：被检工件检测面形状和工件材料的声速CS与试块差异，而对于实物工件其材料声速还受检测时工件材料温度和内应力影响，本文后面只讨论

5、材料声速偏差的影响，其它因素忽略。继续以上讨论。在JB4730.3-2005中，对一定的厚度范围，相应推荐了K值选取范围，条件允许时应尽量选择大K值探头。对此我们可以理解为，一定的K值原则上只适于检测特定厚度 范围，同时还应考虑到保证能扫查到整个焊缝截面基本要求，没有“万能探头”。对2546mm厚度推荐选用的斜探头 K值范围为2.51.5 （68°56°）下面将举例分开讨论二种常见影响K值，进而影响仪器显示缺陷深度值偏离缺陷真实深度的情形。例：用试块上实测 K值Kc= 2.0,试块上真实K值Kzs= 1.9的探头检测板厚为 40mm 的Q345R钢板对接焊缝，某缺陷位于距离

6、检测面真实深度Hz= 38mm。一、工件与试块的横波声速偏差可忽略，只考虑检测人员测量误差。（见附表中第3行数据）令 Css= Csg= 3200m/S，此时 Kzg= Kzs= 1.97 / 7S=cos < tan-* 19!cosHz3833=81.59mmL =- -Ol 二一'=-.：.7. I)=36.5 mmHe = s 35饥 =81.59 xcos ( tan-12.0)Z = He Hz= -1.5 mm36.5mm，比真实深度浅1.5mm，远离反表面，此Ke > Kz值偏大的情形；反之，则会使实测缺陷接近即检测人员用仪器实测该缺陷深度为 时不容易与反表

7、面反射波混淆，此为 反表面，与反表面反射波发生混淆。根据He=S厂U 分析如下:Ke T,卩e T,一：J S （一定），巴缺陷显示深度远离反表面，不与反表面反射波混淆。如下图示Ke> Kz（一定），He T,缺陷显示深度接近反表面，易kc卩e J,曲廉 T s与反表面反射波混淆。如下图示Hz= 38 HeKev Kz、考虑工件与试块的横波声速偏差，即Css工CSg,此时Kzs工Kzg） o （见附表中第4行数据）此时的深度偏差由检测人员在试块上测量误差和工件与试块材料声速偏差两部分 综合作用形成。为了更清晰的看到测量致误差、声速致偏差、综合偏差三者关系，我们 还要分开讨论。CSs工Cs

8、g时的综合偏差是指仪器显示的深度值He与缺陷真实深度值 Hz之差He- Hz。此时为了说明由测量误差、声速偏差分别独立作用导致的深度偏差，我们再分别虚拟的 Hee和Hcs两个参量。1. 在检测人员的K值测量偏差独立作用下产生的深度偏差Zr = Hee-Hz此时令卩zg=3 zs （除去声速对卩zs的影响）Hee= S'山和目&36.49Z r= Hee- Hz= 36.49-38 = -1.51mm2. 单纯由声速偏差独立作用下产生的深度偏差Hes- Hz此时令卩e=3 zs （即试块上实测的K值即为Kzs,无测量误差）在上例中，令 Css= 3200m/s , Csg= 32

9、80mm/s，根据折射定律有:此时由折射定律得:65.1真实缺陷声程co£实测缺陷声程ScV CsstCss *HzCsgcos pzgHcs= Sc -Hz-CfisCsg-cospzgcospzs38X320032Baxco$65.1s41.01mmZ s= Hcs Hz= 41.01 38= 3.01mm3. 由检测人员K值测量偏差和材料声速偏差综合作用导致的最终偏差Hc Hz此时例中的 Kc= 2.0，卩 c=C"S?. .-.65.1 Csg-sin Bzs 根据折射定律：卩zg =4Gss= <ir.'-3 2 9OXsin (tan-1 1.9)

10、3200Gss'Hz实测缺陷声程Csst =-_Hz-Gss比=$= =；畑薇=旳.38mmZ = Hc Hz= 39.38 38= 1.38 mm附表简要列出一些常用规格探头的K值偏差分析数据。从表中可以看出： 实测K值偏小，工件声速偏大时，更容易造成缺陷“接近”反表面，甚至超出一 次波范围。 从声速不同时Z r,Z s,Z三者的数值看出，在考虑声速偏差的情形下，最终的 深度偏差Z不是前两者Z r,Z s的简单相加。这是因为声速的差异不仅影响了在工件中 的卩值，还改变了声波在工件中的往返时间 t。由于本人知识局限加之时间仓促和身边器材和试件的缺乏，还有一些验证工作未 做，文中定有不足

11、、不全、不尽甚至错误之处，恳请老师和同仁不吝指正，以求完善和 致用。感谢！注：见重庆建工无损检测工程有限公司闫伟明在 <<无损检测 >>2007 年 第 29卷 第 06 期发表的论文“声程对斜探头前沿及 K值测量的影响”。该文结论大概是，晶片面积及测量声程影响K值的测量结果，一定的探头在山A试块上采用不同深度的孔测出的K值之间存在偏差。我的体会亦如此。在此对这位同仁的不吝共享表示感谢和敬意。标称实测实测试块真试块真K值测工件真工件真K值真试块声 速(m/s)工件声板厚缺陷深缺陷真实声程(mm)缺陷实 测声程(mm)实测深单纯由实 测K值的 误差致深 度偏差(mm)单纯

12、由声 速差异导最终深度 偏差(以Hz为基准，上+下-)(mm)骨口. 序号K值K值卩值实K值实卩值量偏差实K值实卩值实偏差速(m/s)(mm)度(mm)度(mm)致的深度 偏差(mm)KKc卩cKzs卩zsKZ c=KC-KZs化卩zgKZ =Kzg-KCCsskCsgTHzSzScHeZ r=Hcc-HzZ s =Hcs-HzZ12.002.0564.001.9062.240.151.9062.24-0.153200320040.0038.0081.5981.5935.772.232.2322.002.0564.001.9062.240.152.1565.100.103200328040.0

13、038.0090.2588.0538.602.23-3.01-0.6032.002.0063.431.9062.240.101.9062.24-0.103200320040.0038.0081.5981.5936.491.511.5142.002.0063.431.9062.240.102.1565.100.153200328040.0038.0090.2588.0539.381.51-3.01-1.3852.001.9562.851.9062.240.051.9062.24-0.053200320040.0038.0081.5981.5937.230.770.7762.001.9562.85

14、1.9062.240.052.1565.100.203200328040.0038.0090.2588.0540.180.77-3.01-2.1872.001.8561.611.9062.24-0.051.9062.240.053200320040.0038.0081.5981.5938.80-0.80-0.8082.001.8561.611.9062.24-0.052.1565.100.303200328040.0038.0090.2588.0541.87-0.80-3.01-3.8792.001.8060.951.9062.24-0.101.9062.240.103200320040.00

15、38.0081.5981.5939.62-1.62-1.62102.001.8060.951.9062.24-0.102.1565.100.353200328040.0038.0090.2588.0542.76-1.62-3.01-4.76112.001.7560.261.9062.24-0.151.9062.240.153200320040.0038.0081.5981.5940.48-2.48-2.48122.001.7560.261.9062.24-0.152.1565.100.403200328040.0038.0090.2588.0543.69-2.48-3.01-5.69132.0

16、02.0063.431.9062.240.102.0563.970.053240329040.0038.0086.6085.2838.141.51-1.72-0.14142.502.6068.962.5068.200.102.5068.20-0.103200320026.0024.0064.6264.6223.200.800.80152.502.6068.962.5068.200.103.1072.120.503200328026.0024.0078.1676.2527.370.80-4.32-3.37162.502.4067.382.5068.20-0.102.5068.200.103200320026.0024.0064.6264.6224.85-0.85-0.85172.502