2号试块及其改进型的应用

金宇飞

(上海材料研究所， 上海 200437)



2号试块及其改进型的应用

金宇飞

(上海材料研究所， 上海 200437)

GB/T 11345-2013标准推荐的2号试块，具有体积小、质量轻、携带方便等优点，可用于基线的设定和校准、斜探头入射点和折射角的测定。在保留2号试块的优点的基础上,对2号试块进行了改进，使其扩展到能用于且符合GB/T 11345-2013规定的灵敏度设定和校准。

校准试块；时基线；灵敏度；GB/T 11345-2013标准

超声检测是无损检测的一种方法，应用超声检测时需要使用试块，试块通常分为校准试块和对比试块两大类[1]。2号试块就是一种校准试块，原名IIW-2试块，是国际焊接学会推荐的试块。1985年，被国际标准ISO 7963: 1985 Non-destructive testing-ultrasonic testing-specification for calibration block No.2正式命名为2号校准试块，简称2号试块。我国于2005年，首次等同采用ISO 7963: 1985形成国家标准GB/T 19799.2-2005 《无损检测 超声检测 2号校准试块》。现行有效的版本是GB/T 19799.2-2012 《无损检测 超声检测 2号校准试块》，等同采用的是ISO 7963: 2006 Non-destructive testing-Ultrasonic testing-Specification for calibration block No.2。

2号试块具有多种用途，又因为体积小、质量轻、携带方便，所以应用甚广。但是，由于我国大多数标准，包括GB/T 11345-1989 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》和JB/T 4730.3-2005 《承压设备无损检测 第3部分：超声检测》等均未引用2号试块，所以2号试块在我国的应用并不普遍。现行的GB/T 11345-2013 《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》中首次引用了2号试块，从而为其应用提供了标准依据。2号试块可用于直探头和斜探头的时基线和灵敏度设定和校准，也可用于斜探头入射点和折射角的测定。

在保留2号试块的优点的基础上,对2号试块进行了改进，使其扩展到能用于且符合GB/T 11345-2013规定的灵敏度设定和校准。

1　2号试块的规格

2号试块的规格由GB/T 19799.2-2012标准具体规定,是钢质试块，经过规定的热处理工艺而具有良好的均匀性。符合标准的2号试块的纵波速度为(5 920±30) m·s-1，横波速度为(3 255±15) m·s-1。

图1为2号试块的形状和尺寸示意。试块中开设的横孔的直径为5 mm。刻度槽的深度为(0.1±0.05) mm;刻度槽的长度为6 mm，其位置公差为±0.2 mm。

图1　2号试块的形状和尺寸示意

为方便携带，2号试块的标准厚度为12.5 mm，所以只能用于宽度不大于12.5 mm的小型探头。但也允许增加试块厚度，这样就可用于宽度大于12.5 mm的探头。

图2　斜探头入射点测定示例

2　2号试块的应用

2.1测定斜探头入射点和折射角

2.1.1斜探头入射点的测定

将斜探头放置在2号试块主平面上，并做平行移动，如图2所示，直到来自于圆柱面的反射回波幅度达到最大。这时,试块上毫米刻度尺的中心所指位置就是探头入射点。

2.1.2斜探头折射角的测定

将斜探头放置在2号试块主平面上，并做平行移动，直到来自于5 mm直径横孔的反射回波幅度达到最大。

折射角可直接从2号试块上与斜探头入射点重合的刻度值上读得，刻度线上的角度值分别有：30°,35°,40°,45°,50°,55°,60°,65°,70°,75°。当斜探头入射点与刻度线不重合时也可以采用插值法获取。图3所示的位置可用于测定45°,60°,70° 的探头。

图3　斜探头折射角位置刻度线

2.2设定和校准时基线

2.2.1直探头校准不大于250 mm的时基线

校准时,将直探头放置在2号试块反射面上，如图4所示。图5是校准范围为50 mm时显示屏(A扫描)上的显示示意。

图4　直探头在试块上的位置

图5　校准范围为50mm时A扫描的显示示意

需要注意的是，当校准距离大于10倍试块厚度时,校准可能会出现困难，这取决于所用的探头和频率。

2.2.2斜探头校准100 mm或125 mm的时基线

将斜探头放置在2号试块主平面上，并做平行移动，直到来自于圆弧面的反射回波幅度达到最大。

图6,7分别是校准范围为125,100 mm时的探头在试块上的位置及A扫显示示意。

图6　校准范围为125 mm时探头在试块上的位置及A扫显示示意

图7　校准范围为100 mm时探头在试块上的位置及A扫显示示意

2.3设定和校准灵敏度

2.3.1直探头灵敏度的设定和校准

(1) 方法一将直探头放置在2号试块反射面上，如图8(a)所示,以A扫描中显示的连续回波作为基准，来设定和校准灵敏度。

(2) 方法二将直探头放置在2号试块主平面上并做平行移动，直到来自于5 mm直径横孔的反射回波幅度达到最大，以此设定灵敏度,如图8(b)所示。

图8　直探头灵敏度设置方法示意

2.3.2斜探头灵敏度的设定和校准

(1) 方法一将斜探头放置在2号试块主平面上，如图9(a)所示,并做平行移动;直到来自于5 mm直径横孔的反射回波幅度达到最大，以此设定灵敏度。

(2) 方法二将斜探头放置在2号试块主平面上并做平行移动,直到来自于圆弧面的反射回波幅度达到最大，如图9(b)所示。再使用经校准的增益调节器，先将来自于圆弧面的回波调到屏幕高度的80%，然后再将其调节到需设定的水平。

(3) 方法三将斜探头放置在2号试块主平面上并做平行移动，直到来自于圆弧面的反射回波幅度达到最大。不使用增益调节器，先将来自于圆弧面的回波调到屏幕高度的80%，然后再将其调节到需设定的水平。利用来自于半径50,25 mm的两个圆弧面的多个连续回波调节灵敏度。如图9(c),(d)所示。图9(d)中A表示来自A点的回波,ABA表示来自A,B,A三点的回波。

图9　斜探头灵敏度设置方法示意及方法三的A扫示意

3　适用于GB/T 11345-2013的2号试块改进型

虽然GB/T 11345-2013规定了可使用2号试块，但是，由于2号试块的横孔直径为5 mm，只能用于以直径为5 mm横孔作为参考反射体的灵敏度设定和校准。而GB/T 11345-2013的技术1(横孔技术)规定的参考反射体为3 mm直径的横孔，这样就不能用2号试块来设定和校准符合GB/T 11345-2013规定的灵敏度。因此，对于GB/T 11345-2013来说，可以用2号试块来设定和校准时基线，可以测定斜探头入射点和折射角，但却不能用于设定和校准灵敏度。

为了克服上述不足，使其能适用于且符合GB/T 11345-2013标准规定的灵敏度设定和校准，对2号试块实施了改进。2号试块改进型分别为：2A试块、2B试块、2C试块。

(1) 2A试块

将2号试块中开设的横孔直径由5 mm调整为3 mm，其横孔的中心与上平面的距离仍为20 mm，其他尺寸和角度刻度线位置与2号试块相同，其形状与尺寸如图10(a)所示。

图10　各改进型试块的形状和尺寸示意

(2) 2B试块

将2号试块下平面的相位增加2.32 mm，使得横孔的中心与上平面的距离仍为20 mm，与下平面的距离为10 mm，下方的角度刻度线位置作相应变化，其他尺寸和角度刻度线位置与2号试块相同，见图10(b)。

(3) 2C试块

将2号试块中开设的横孔的中心向右平移4.64 mm，使得横孔的中心与上平面的距离仍为20 mm，与下平面的距离为10 mm，下方和上方的角度刻度线位置作相应变化，其他尺寸与2号试块相同，如图10(c)。

4　用2号试块改进型设定和校准灵敏度

4.1用2A试块设定和校准灵敏度

4.1.1直探头

将直探头放置在2A试块的上平面上(图11(a))，移动探头使得来自3 mm横孔的反射回波幅度达到最大，即为20 mm深度处的最大回波幅度，以此设定和校准GB/T 11345-2013中10.2技术1规定的灵敏度。

图11　2A试块的直探头和斜探头灵敏度设定示意

4.1.2斜探头

将斜探头放置在2A试块的上平面上(图11(b))，移动探头使得来自3 mm横孔的反射回波幅度达到最大，即为20 mm深度处的最大回波幅度，以此设定和校准GB/T 11345-2013中10.2技术1规定的灵敏度。

4.2用2B试块设定和校准灵敏度

4.2.1直探头

将直探头分别放置在2B试块的上平面和下平面上(图12(a))，分别移动探头使得来自3 mm横孔的反射回波幅度达到最大，即分别为20,10 mm深度处的最大回波幅度，以此来设定和校准GB/T 11345-2013中10.2技术1规定的灵敏度。

4.2.2斜探头

将斜探头分别放置在2B试块的上平面和下平面上(图12(b))，分别移动探头使得来自3 mm横孔的反射回波幅度达到最大，即分别为20,10 mm深度处的最大回波幅度，以此来设定和校准GB/T 11345-2013中10.2技术1规定的灵敏度。

图12　2B试块的直探头和斜探头灵敏度设定示意

4.3用2C试块设定和校准灵敏度

4.3.1直探头

将直探头分别放置在2C试块的上平面和下平面上(图13(a))，分别移动探头使得来自3 mm横孔的反射回波幅度达到最大，即分别为20,10 mm深度处的最大回波幅度，以此来设定和校准GB/T 11345-2013中10.2技术1规定的灵敏度。

4.3.2斜探头

将斜探头分别放置在2C试块的上平面和下平面上(图13(b))，分别移动探头使得来自3 mm横孔的反射回波幅度达到最大，即分别为20,10 mm深度处的最大回波幅度，以此来设定和校准GB/T 11345-2013中10.2技术1规定的灵敏度。

图13　2C试块的直探头和斜探头灵敏度设定示意

5　结语

2号试块具有体积小、质量轻、携带方便等优点，可用于设定和校准时基线、测定斜探头入射点和折射角，也可用于设定和校准灵敏度。而2号试块改进型2A、2B、2C试块，不仅保留了2号试块的优点，还保留了可用于设定和校准时基线、测定斜探头入射点和折射角的功能，同时又扩展到能用于且符合GB/T 11345-2013标准规定的灵敏度设定和校准，为用户提供了方便。

[1]GB/T 12604.1-2005无损检测 术语 超声检测[S].

The Application of the Calibration Block No.2 and its Improved Type

JIN Yu-fei

(Shanghai Research Institute of Materials, Shanghai 200437, China)

The calibration block No.2, recommended by the standard of GB/T 11345-2013, has advantages of small volume, light weight and ease to carry, can be used for the setting and calibration of range/time base, and determination of probe index and angle of refraction of angle probe. On the basis of retaining the advantages of calibration block No.2, the block No.2 is improved and extended so that it can at the same time be used for the setting and calibration of sensitivity as to meet the requirements of GB/T 11345-2013.

Calibration block; Time base; Sensitivity; GB/T 11345-2013 standard

2015-07-29

金宇飞(1961-)，男，高级工程师，主要从事无损检测研究和标准化工作。

10.11973/wsjc201512015

TG115.28

A

1000-6656(2015)12-0059-05