薄板板波探伤实践

    目前制造压力容器用钢板均为中厚板,对于此类板材的超声波探伤,一般采用纵波垂直反射法既可满足检验要求。对于特殊的压力容器用板材,例如板厚为6mm以下,则需要采用板波探伤法。

    因为工作原因,笔者曾检验了一批特殊用途的压力容器用钢板,其板材厚度在3～5mm之间,而且设计参数对板材的质量要求较高。为了达到检测技术要求,笔者进行了较深入地板波探伤法的研究。

    板波是指超声波在板厚与波长相当的薄板中传播的波。板波分为对称型(S型)和非对称型(A型)两类。板波波速与频率、板厚的关系符合下述频率方程:

    对称型(S型):

    式中:f为声波频率;c_s为无限大介质中横波声速;d为板厚;c_l为无限大介质中纵波声速;c_p为板波相速度。

    由以上两式可知,板波相速度c_p与f·d、c_s、c_l有关 。对于特定的介质, c_s、c_l为 定值,因此,c_p仅仅是f·d的函数。对于某一特定 c_p值,对应有无数个f·d值。

    在实际探伤中,由于通常使用频率单一的连续波,因而在钢板中传播的板波声速是相速度。板波相速度 c_p求解计算比较 困 难,一般通过查相应的速度关系图来确定。

    2 板波探伤模式

    板波有多种模式,而不同模式的板波其衰减与反射特点不同,因而在实际探伤中要选用合适的板波模式,故常用的板波探头其入射角都是可调的,我们在实际探伤中使用的板波探头如图1所示。

    我 们 检验对象是板厚 3～ 5mm的 钢板,晶片根据钢板板波相速度与频率、板半圆筒厚之积f·d的关系,可供选择的频率、模式和入射角有如下(以板厚3mm为例)表1。

    虽然对于每一个具体的探测对象而言,可供选择的板波模式较多,但在实际探伤中,则应选择最佳的模式,以期获得最可靠的探伤结果。通常选择板波模式的原则如 下 :

    (1)信噪比要高,端面反射波波幅高而清晰;(2)衰减要小,传播距离要大,这样方能提高检测速度;(3)所激发的波型比较单一,没有其它类型的波型,以利于判别缺陷回波;(4)群速度快,使由模式转换而形成的其它模式反射波在荧光屏的时基线上均位于主波之后,以利于识别缺陷回波。

    为了选择最佳的板波模式,我们制作了一些人工缺陷试板,如图2所示。

    其中,a试板人工缺陷为φ2竖通孔,b、c、d三试板人工缺陷为φ2浅平底孔,e、f两试板人工缺陷为平行表面的矩形槽。

    针对某一具体检验对象,我们在六种人工缺陷试板上进行了技术测试,其测试数据如表2、表3所列(以板厚3mm为例)。