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超声检测CSK-IIIA对比试块为何被“软禁”

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NB/T47013.3-2015标准实施之前,CSK-IIA试块和CSK-IIIA均被认可的对比试块,可是在实际应用中,由于在CSK-III试块上制作DAC曲线操作简单,适用的厚度范围广。因此,CSK-IIIA试块在特种设备行业中广泛使用,只要带着一块3A,便可走遍“全中国”,CSK-IIIA试块可谓出尽风头。而新标准实施之后,剧情似乎发生180度大反转,CSK-IIIA试块被“软禁”在附录O中,而CSK-IIA试块却重新被委以重任,甚至与CSK-IIA试块有裙带关系的RB-C试块也被提拔。正所谓三十年河东,三十年河西。

CSK-IIIA试块被软禁的原因

CSK-IIIA试块被软禁的原因

雷胜军的《长横孔与短横孔试块研究》文章中,提到了长横孔与短横孔试块并存的历史由来。

文章指出,在1973年我国检测行业在兰州通过了JB/T1152-73标准,这一标准中规定的参考反射体是Φ1×20mm横孔。使用一段时间后,大家普遍发现这一参考反射点有问题,由于存在侧壁干扰和端角反射现象,使用超声波的最高反射回波位置不在正对着横孔的位置,而是偏离一定角度。因此,后来人们开始此采用Φ2×40mm长横孔试块,即CSK-IIA试块作为参考反射体。这期间某锅炉厂提出CSK-IIIA试块,即Φ1×6mm短横孔试块,并在一些锅炉厂得到广泛应用。1981年在对JB1152-73标准中进行修订时,采用长横孔还是短横孔称为争论的焦点。由于争论没有结果,最终在JB1152-81标准中将两种孔型的试块都列入。JB4730-94、JB4730-2005均延续了这一规定。

是什么原因导致CSK-IIA试块重新重要,而CSK-IIIA试块被“软禁”呢?

要分析CSK-III试块被“贬”的原因,还得从试块特性的优缺点来分析。学习一些文章和资料后,我从下面三个方面来分析该原因,仅为个人观点。

1、试块厚度的影响——侧壁干扰

CSK-III试块厚度为25mm,新版标准中CSK-IIA试块需要根据厚度分为CSK-IIA-1和CSK-IIA-2等,其中CSK-IIA-1试块厚度为40mm,CSK-IIA-2试块厚度为60mm。

“K值之父”马铭钢前辈,在《超声波检测中两个值得反思的问题》文章中指出,一般斜探头的声场在不太远的声程处,其声束边缘已经达到试块的两侧,引起侧壁反射,干扰了声场。而在实际检测中遇到的工件,则并不如此。所以在这样窄的试块中,不论其反射体是短横孔还是长横孔,对于距探测面较远的孔来说都不应该作为验收之用,也不能用于较厚的超声检测。

 CSK-IIIA试块

CSK-IIIA试块

有人会提出不同的观点。CSK-III试块中,在短横孔端面设计了一个半圆弧,其目的不就是为了避免试块的端面引起侧壁干扰吗?

马前辈认为短横孔端面的半圆柱形缺口,不能解释不存在了侧壁干扰,其作用仅为了容易在试块中部加工Φ1×6mm的横孔。所以CSK-IIIA试块确实还会存在侧壁干扰现象,由于侧壁干扰的存在,最高反射波不在探头轴线上,从而影响缺陷的定位和定量。

2、短横孔与长横孔的优缺点比较

CSK-III试块采用了Φ1×6mm的横孔,新版标准中CSK-IIA-1试块采用Φ2×40mm的横孔,CSK-IIA-2采用Φ2×60mm的横孔。通过理论计算,通常情况下Φ1×6mm被看作为是短横孔,而Φ2×40mm在厚度为40mm以内可看作为长横孔,Φ2×60mm在厚度为80mm以内也可看作为长横孔。如:当用K=2.5,频率f=2.5MHz,晶片直径D=14mm时,通过公式(D为晶片有效直径),可计算出在孔深80mm时,声束直径约55~57mm,因此,孔长60mm能满足长横孔的条件。

CSK-IIA试块

CSK-IIA试块

短横孔与长横孔有那些优缺点呢?

雷胜军指出,焊缝中常见的缺陷有气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等。不同性质的缺陷对超声波的反射规律不同,即使用同一类型的缺陷,其形状不同,对超声波的反射规律也会不同。因此,要采用某一种人孔缺陷来模拟所有缺陷的反射规律是不实现的,只能是在某种程度上的近似。从常识上判断,尺寸大的缺陷其反射规律可能与长横孔接近,尺寸小的缺陷可能与短横孔相似。

而焊缝中,小尺寸的缺陷虽然出现的概率远大于大尺寸的缺陷,如点状气孔、夹渣焊缝中经常出现,而这些小缺陷对焊缝强度影响较小。通常在实际检测中,按标准要求允许存在这类小缺陷。但是大缺陷危害大,如未焊透、未熔合、裂纹等缺陷对焊缝伤害极大。因此,大缺陷才是我们必须找出的对象,所以采用长横孔似乎更加合理。

长横孔还适用于直探头检测焊缝的基准灵敏度调节,因此,斜探头扫查发现缺陷后,还可以用直探头对缺陷进行定量分析。

3、与国际接轨

新标准重新设计了CSK-IIA试块上长横孔的位置和数量,其主要参考了欧盟(EN)和日本(JIS)标准。除此之外,还有ISO、法国BV、挪威船级社以及美国ASME等标准均采用了长横孔设计。

而CSK-IIIA试块和K值,同属我国的一个“独特”,短横孔试块是不能被国际认可。中国在世界中的地位和话语权不断提高,与老外的贸易越来越多,为了与国际接轨,是时候将某些具有中国特色的典型作出适当的调整。


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