关于JB3963-85压力容器锻件超声波探伤标准的商榷(1)

关于JB3963-85压力容器锻件超声波探伤标准的商榷(1) 夏纪真 南昌航空工业学院无损检测教研室 1991年元月 ： 本文对JB3963-85《压力容器锻件超声波探伤》标准中的若干问题提出了商榷意见，认为该 标准在这些问题上的阐述或规定不够严密和确切，对此做出了评论并提出了修改意见。 JB3963-85《压力容器锻件超声波探伤》取代了原来的JB755-73《压力容器锻件技术条件》 中关于超声波探伤的内容，成为独立使用的专用技术标准。在实施贯彻该标准的过程中， 笔者感到其中某些部分内容的阐述或规定似有商榷的余地，现分述如下： 一.该标准的前言中规定：“适用于采用脉冲反射式超声波探伤仪对公称厚度大于等于50mm的压力容器用碳钢和低合金钢锻件进行的超声波探伤。...；也不适用于内径与外径之比在 75%以下的环形和筒形锻件的横波探伤”。 众所周知，对筒形、环形及管材横波探伤（周面弦向横波检测）的限制条件是必须保证折 射横波的声轴线能够达到内壁面，故有壁厚t与外径D之比为：t/D ? 0.5[1-(C/C)]，式中S2L2C和C分别为被检工件中的横波速度与纵波速度，对于钢质工件近似有：t/D ? 0.2（按S2L2 C/C=0.55时计算为0.225），也可以换成内径d与外径D之比的形式为：d/D ? 0.6（按S2L2 C/C=0.55时计算为0.55） S2L2 按该标准要求d/D ? 0.75（即可换算为t/D ? 0.125），显然大大限制了在环形和筒形锻件上应 用横波探伤的范围，没有充分发挥横波检测的潜力与优势，特别是对于高压，甚至超高压 的筒形锻件（例如笔者曾亲自检测过的承压4000Kg的人造水晶高压釜，外径D=Φ480mm，壁厚t=90mm，t/D=0.1875 或 d/D=0.625），采用横波检测能更有效地发现径向缺陷-危害性缺陷。 关于壁厚与外径之比的限制，在许多标准中也都是从保证折射横波声轴线到达内壁面的角 度来考虑的，例如日本的JIS G0582-78《钢管的超声波检测方法》、JIS G0584-83《钢管电弧焊缝的超声波探伤检验方法》、JIS Z3081-83《铝管焊缝超声波斜角探伤方法及检验结果 的等级分类方法》，美国的ASTM E164-81《焊缝超声接触法检测标准实施方法》、ASTM E213-85《金属管超声检测的标准实施方法》，我国的HB/75-83《航空用小直径薄壁无缝钢 管超声波检验说明》以及GB 4163-84《不锈钢管超声波探伤方法》等等，都有此要求， 尽管它们都是管材类工件，但就周面弦向横波检测而言与筒形件是属于同一类型的情况。 据了解，该标准之所以这样规定，是从使用K值最小为1的原则并以平底面斜探头直接与 工件曲面（圆弧面）接触检测为前提的。实际上，在实施检测时，由于操作人员扶持探头 的手法（压前或压后）以及斜楔的磨损，都有可能使原设定的K值发生变化，从而影响对 缺陷定位、定量的准确性，甚至是检测的可靠性。据笔者多年从事锻件超声检测的经验， 笔者认为应当使斜楔底面与工件曲面吻合为宜，特别是使用探头前沿较长，以至整个探头 长度较大的斜探头时更应注意这一点。就国外标准来看，也都提出当工件外径小于500mm时，斜探头的接触面应当与工件曲面吻合。 为了充分发挥横波检测的优势与潜力，也为了保证得到更良好的声接触耦合，建议该标准 原文改写成：“...不适用于内径与外径之比在60%以下的环形和筒形锻件的横波探伤”。在该 标准的附录B中则应明确规定斜探头的接触面应与工件曲面吻合以保证所需要的折射角 （据笔者的实际经验，在壁厚较大时，甚至折射角稍小于45?，即K＜1，尽管此时的折射 横波声压分量可能不是最强，但通过试块调整，仍能满足横波检测的需要）。 二.标准正文第1.3条“密集缺陷”定义中是这样叙述的：“当荧光屏扫描线上相当于50mm的声程范围内同时有5个或者5个以上的缺陷反射信号；或者在50x50mm的探测面上发现同一深度范围内有5个或者5个以上的缺陷反射信号”。按照标准正文第5.2.2.4条规定“探伤灵敏度不得低于Φ2mm当量直径”来理解，应当把大于Φ2mm当量直径的缺陷反射信号即 作为记录缺陷，而定义中所述的“5个或者5个以上”应是指独立可分辨的单个信号（分立信 号显示）。但是对于锻件，特别是大锻件，往往还由于锻造比不够或者说变形量不够等原因 而未能将铸造组织充分破碎，因而存在严重的中心疏松、树枝状结构甚至细小密集的轴心 晶间裂纹，以及一些小而多的白点等情况，在超声检测时往往以丛状回波形式显示，难以 作为分立信号加以判别，当其回波高度超过Φ2mm当量直径时，也应作为密集缺陷考虑， 在标准中也应予以注明。 三.标准正文第1.4条“缺陷当量直径”定义中规定“用AVG方法求出的假定与超声束相垂直的 平底孔的直径，称为缺陷当量直径，或简称为当量直径”。笔者认为这个定义尚不够确切。 在超声检测技术中，一般指在相同检测条件下，某一缺陷回波高度与某一标准几何尺寸的 人工反射体（例如平底孔、横孔、柱孔、槽等）回波高度相等时，即以该形状人工反射体 的尺寸作为该缺陷的当量尺寸，此即缺陷定量评定的当量比较法。因此，笔者认为原定义 改写为如下较妥：“在相同检测条件下，某一缺陷回波高度与某一标准平底孔（孔底面与超 声束相垂直）的回波高度相等时，即以该平底孔直径作为缺陷的当量平底孔直径，或简称 为缺陷的当量直径”。 四.标准正文第3.1.2条中规定：“仪器应至少在满刻度的75%范围内呈线性显示（误差在5%以内），垂直线性误差不应大于5%”。但是在该标准附录B的第B.4.2条“灵敏度校验”中规定：“调整增益，使最大反射高度为满幅的80%...”。显然，若仪器的线性范围真的是75%或者考虑到误差而在70%范围，并且又偏于满幅度下方（即满刻度的0~70%），则以80%作为基准波高恰好落到了非线性区域，这当然是不适宜的。按照目前的操作习惯，以50%作为基准波高就可以避免上述矛盾。不过，我国商品化超声探伤仪的垂直线性范围实际上都早 已达到90%以上，在1985年规定的标准中还提“75%”似乎也落后于我国商品化超声探伤仪 的性能水平了。 五.标准正文第5.2.3.3条“材质衰减系数的测定”中规定衰减系数的计算公式为：α=[(B/B 12dB)-6dB]/2T mm(dB/mm) 此公式适用于工件厚度达到三倍近场长度以外的情况，而且未考虑锻件面状态不同的情 况下还应有往返损失修正。当工件厚度处于近场区时，公式中的扩散损失修正项-6dB是不用计入的，否则在实际工件上测定衰减系数时误差太大，有时甚至会出现负值的情况。因 此在该条文中应把这些情况加以注明。 根据笔者的实践经验，当需要对缺陷准确评定而需要考虑衰减补偿修正问题时，考虑到锻 件组织不均匀的影响，较好的方法应该是在缺陷附近无缺陷的完好区域进行衰减系数的测 定。 六.标准正文第6.2条“密集性缺陷”中规定：“记录密集性缺陷中最大当量缺陷的位置和分 布”。笔者认为，既然作为密集性缺陷，就应当记下所有记录缺陷的当量大小、位置和分布 情况，以便于复查和评定，否则无法在超声检测记录中如实反映缺陷的密集程度与大小、 分布等情况。 七.标准附录C所给出的图C.1和C.2中，AVG曲线图均从声程40mm开始，亦即从近场区内就开始了，因为给出的K2G探头中心谐振频率2MHz，晶片直径24mm，则她在钢中的近场长度约为48mm（理论值，对于实际应用的脉冲波，其近场长度是要短一些），而 2.5MHzΦ14mm探头在钢中近场长度约为42mm。尽管C.2条中规定“AVG曲线图必须在CS-1和CS-2标准试块上测定后绘制”，但是全套CS-1和CS-2标准试块中只有Φ2mm、Φ3mm、Φ4mm、Φ6mm和Φ8mm五种平底孔规格，而图C.1和C.2中还绘出了Φ10mm、Φ15mm和Φ20mm的平底孔当量曲线以及底波曲线，这应该是通过计算后加上去的。这两个AVG曲线图既未说明是否已对三倍近场长度内的区域做过修正，也未说明当衰减系数超过4dB/m时应如何修正（标准正文第5.2.3.2条规定“计算缺陷当量时，当材质衰减系数超过4dB/m时应考虑修正”，但未说明修正方法）。 因此，笔者认为这里给出的AVG曲线图是不严格的。此外，对于一般工厂企业来说，要配 备全套CS-1和CS-2标准试块不但在经济上难以承受，在使用上和维护保养上也都存在极 大的不便（两套试块总重达三吨多）。况且，由于压力容器锻件采用的牌号品种很多， 其锻造工艺、热处理工艺的不同，造成冶金组织状态也是多种多样的，因而所表现的超声 衰减系数也各不相同甚至有些会差异很大，这就难以按该标准的规定采用AVG曲线图法。对于厚度处于近场区或近场区附近的锻件就更难采用AVG曲线图法了。 笔者认为，当工件厚度处于近场区或近场区附近时采用对比试块法，而工件厚度处于远场 区时采用底波方式法并考虑衰减系数修正（衰减损失补偿），这是比较适合实际应用情况的 检测方法，也已经是比较成熟的检测方法。 综上所述，笔者认为JB3963-85标准中这七个方面的问题似乎可以阐述得更加严密、确切和 完善。 以上意见供商榷，有不当之处恳请批评指正。 （注：本文以前未曾公开发表，是笔者于1991年参加劳动部锅炉压力容器无损检测人员超 声检测高级资格等级考试时提交的）