高频焊直缝管超声探伤的探头选择

夏纪真

摘要

本文通过几何作图的方法并从声学原理的角度讨论在对高频焊直缝钢管的焊缝进行超声横波探伤时，应该注意选择适当晶片尺寸的问题。指出在管直径较小时使用较大尺寸的晶片会在工件上产生表面波及其他波型的干扰，从而影响纯横波探伤时对焊缝缺陷的正确判断。给出了晶片尺寸与管半径的关系供选择探头时参考。本文对于其他同类型的管材横波探伤也有参考意义。

主题词 无损检测 焊缝 超声检测

The selection of UT probe for high-frequency welded tube

Jizhen Xia

Abstract

The article is discussed the problem that selection of the crystal size in the ultrasonic probe for ultrasonic-shear-w***e testing to the high-frequency welds of stell tube by the method of geometrical c***truction and from the acoustic principle.It is indicated that the bigger crystal size will generate surface-w***e and other w***e-mode to interference on the workpiece when the tube diameter is ***aller,so that influence the correct identification for the weld's defects during the pure shear-w***e testing.

1.问题的提出

笔者在为某大型钢管公司提供超声波探伤技术咨询服务时发现，该公司对高频焊接钢管直焊缝进行超声横波探伤时，探伤工人以为采用大探头可以加快探伤速度，于是使用晶片尺寸为13X13的2.5P-K1.5探头（探伤仪是汕头产CTS-23型），探伤对象是油田用的高频焊直缝钢管，规格有外径四英寸、五英寸、六英寸、八英寸、十英寸和十二英寸，壁厚从3.5毫米到10.31毫米。探伤验收标准按美国石油协会的API标准即3.0毫米直径的径向通孔（柱孔），探伤耦合剂为机油或浆糊。

在这样的探伤条件下，探伤过程中经常有回波信号出现并且被判断为缺陷信号。实际上通过触摸法和声程位置判断以及解剖证实均不是焊缝缺陷回波，结果造成的误判率***高曾达到90%。造成这样高的误判率除了探伤工人本身操作技术问题和判伤经验不足以外，分析起来其使用的探头晶片选择不当也是一个重要的原因。为此,笔者进行了理论上的分析计算和探讨如下。

2.晶片尺寸大小与在管材上激发纯超声横波的关系

如后面附图所示，通过简单的几何作图可以推导出斜探头晶片的切向尺寸D与钢管外半径R以及晶片上下边缘声线在钢管曲面上入射角的关系有：

α' = arcsin[sinα+(D/2R)]

α''= arcsin[sinα-(D/2R)]