第五章板材和管材超声波探伤				By adan		第五章? 板材和管材超声波探伤
???????板材和管材是生产制造锅炉压力容器的重要原材料，一般要求进行超声波探伤。本章将分别介绍板材(中厚板，复合板和薄板)与管材(小口径管、大口径管)的加工方法、常见缺陷和常用探伤方法。
第一节? 板材超声波探伤
??? 根据板材的材质不同，板材分为钢板、铝板、铜板等。实际生产中钢板应用最广，因此这里以钢板为例来说明板材的超声波探伤工艺方法。
??? 一、钢板加工及常见缺陷
??? 钢板是由板坯轧制而成的，而板坯又是由钢锭轧制或连续浇铸而成的。钢板中常见缺陷有分层、折迭、白点等。裂纹少见，如图5.1所示。
??? 分层是板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中来密合而形成的分离层。分层破坏了钢板的整体连续性，影响钢板承受垂直板面的拉应力作用的强度。折迭是钢板表面局部形成互相折合的双层金属。白点是钢板在轧制后冷却过程中氢原子来不及扩散而形成的，白点断裂面呈白色，多出现在厚度大于40mm的钢板中。
??? 由于钢板中的分层、折迭等缺陷是在轧制过程中形成的，因此它们大都平行于板面。
??? 根据钢板的厚度不同，将钢板分为薄板与中厚板。一般薄板厚度δ 6mm，中厚板δ≥6mm(中板δ=6～40mm，厚板δ 40mm)。中厚板常用垂直板面入射的纵波探伤法，又称为垂直探伤法，薄板常用板波探伤法。下面介绍中厚板探伤方法。
??? 二、探伤方法
??? 中厚板垂直探侮法的耦合方式有直接接触法和充水耦合法。采用的探头有单晶直探头、双晶直探头(又称联合双直探头)或聚焦探头。
??? 探伤钢板时，一般采用多次底波反射法，即在示波屏上显示多次底波。这样不仅可以根据缺陷波来判定缺陷情况，而且可根据底波衰减情况来判定缺陷情况。只有当板厚很大时才采用一次底波或二次底波法。一次底波法示波屏上只出现钢板界面回波与一次底波，只计界面回波与底波B1之间的缺陷波。
??? 1.接触法
??? 接触法是探头通过薄层耦合剂与工件接触进行探伤。当探头位于完好区时，示波屏上显示多次等距离的底波，无缺陷波，如图5.2(a)。当探头位于缺陷较小的区域时，示波屏上缺陷波与底波共存，底波有所下降，如图5.2(b)当探头位子缺陷较大的区域时，示波屏上出现缺陷的多次反射波，底波明显下降或消失，如图5.2(c)。
??? 在钢板中探伤中值得注意的是：当板厚较薄，板中缺陷较小时，各次底波之前的缺陷波开始几次逐渐升高，然后再逐渐降低。这种现象是由于不同反射路径声波互相迭加的结果因此称为迭加效应，如图5.3所示。图中F1只有一条路径，F2比F1多三条 历经 ，F3比F1多五条路径。路径多，迭加能量多，缺陷会波搞。担当路径进一步增加时，衰减也迅速增加，这时衰减的影响比迭加效应更大，因此缺陷波升高到一定程度后又逐渐降低。
??? 在钢板探伤中，若出现迭加效应。一般应根据F1来评价缺陷。只有当板厚δ 20mm时，才以F2来评价缺陷，这主要是为了减少近场区的影响。
??? 2.水浸法(充水耦合法)?? 
??? 充水耦合法探头与钢板不直接接触，通过一层水来耦合。这时水/钢界面(钢板上表面)多次回波与钢板底面多次回波互相干扰，不利擦伤。调整水层厚度，使水/钢界面回波分别与钢最多次底波重合，这时示波屏上波形清晰利于擦伤，这种方法称为充水多次重合法，如图5.4。当界面各次回波分别与钢板底波一一重合时；称为一次重合法，当界面各次回波分别与第2、4……次钢板底波重合时称为二次重合法，三、四次重合法等依次类推。
??? 根据钢和水中的声速，可得各次重合法水层厚度H与钢板厚度δ的关系为
???????????????????????????????????????????????? ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(5.1)
式中n——重合波次数，如n=1为一次重合法，n=2为二次重合法。
??? 例如用水浸法探伤厚度30mm的钢板，若采用四次重合法探伤，则其水层厚度为
??? 应用水浸多次重合法探伤不仅可以减少近场区的影响，而且可以根据多次底波衰减情况
来判断缺陷严重程度，一般常用四次重合法。
??? 三、探头与扫查方式的选择
??? 1.探头的选择
??? 探头的选择包括探头频率、直径和结构形式的选择。
由于钢板晶粒比较细，为了获得较高的分辨力，宜选用较高的频率，一般为2.5～5.0MHz。
??? 钢板面积大，为了提高探伤效率，宜选用较大直径的探头。但对于厚度较小的钢板，探头直径不宜过大，因为头近场区长度大，对探伤不利。一般探头直径范围为φl0～φ30mm。探头的结构形式主要根据板厚来确定。板厚较大时，常选用单晶直探头。板厚较薄时可选用联合双晶直探头，因为联合双晶直探头盲区很小。双晶直探头主要用子探测厚度为6～30mm的钢板。
??? 2.扫查方式的选择
??? 根据钢板用途和要求不同，采用的主要扫查方式分为全面扫查、列线扫查、边缘扫查和格子扫查等几种。
??? (1)全面扫查：对钢扳作100%的扫查，每相邻两次扫查应有l0％重复扫查面，探头移动方向垂直于压廷方向。全面扫查用于重要的要求高的钢板探伤。
??? (2)列线扫查：在钢板上划出等距离的平行列线，探头沿列线扫查，一般列线间距为100mm，并垂直于压延方向，如图5.5(a)。
??? (3)边缘扫查；在钢板边缘的一定范围内作全面扫查，例如某钢板四同50mm范围内作全面扫查，如图5.5(b)。
??? (4)格子扫查：在钢板边缘50mm范围内作全面扫查。其余按200×200mm的格子线扫查，如图5.5(c)。
??? 为了防止漏检，手工探伤时探头移动速度应在0.2m/s以内，水浸自动探伤探头移动速度以0.5～1m/s为宜。扫查中发现缺陷时应在其周围细探，确定缺陷的面积。 
??? 四、探测范围和灵敏度的调整
??? 1.探测范围的调整
??? 探测范围的调整一般根据板厚来确定。接触法探伤板厚30mm以下时，应能看到B10，探测范围调至300mm左右。板厚在30～80mm，应能看到B5，探测范围为400mm左右。板厚大于80mm，可适当减少底波的次数，但探测范围仍保证在400mm左右。 
??? 2.灵敏度的调整
??? 钢板探伤中灵敏度的调整方法有以下几种。
??? (1)阶梯试块法：当板厚≤20mm时，使图5.6阶梯试块上与工件等厚的底面第一次底波达满幅度50%，再提高10dB作为探伤灵敏度。 
??? (2)平底孔试块法：当板厚 20mm时，使图5.7平底孔试块的φ5平底孔第一次回波达50%作为探伤灵敏度。试块尺寸见表5.1。
??? (3)底波法：当板厚 60mm时，也可取钢板无缺陷处的第一次底波达50%来校准灵敏度，但结果应与(2)要求一致。此外还可利用多次底波来调节，例如要求示波屏上出现五次底波，底波B5
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