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一、超聲波測厚方法
1、一般測量方法:(以HCH-2000C型超聲波測厚儀為例)
(1)在一點(diǎn)處用探頭進(jìn)行兩次測厚,在兩次測量中探頭的分割面要互為90°,取較小值為被測工件厚度值。
(2)30mm多點(diǎn)測量法:當(dāng)測量值不穩(wěn)定時(shí),以一個(gè)測定點(diǎn)為中心,在直徑約φ30mm的圓內(nèi)進(jìn)行多次測量,取zui小值為被測工件厚度值。
2、測量法:在規(guī)定的測量點(diǎn)周圍增加測量數(shù)目,厚度變化用等厚線表示。
3、連續(xù)測量法:用單點(diǎn)測量法沿路線連續(xù)測量,間隔不大于5mm。
4、網(wǎng)格測量法:在區(qū)域劃上網(wǎng)格,按點(diǎn)測厚記錄。此方法在尿素高壓設(shè)備、不銹鋼襯里腐蝕監(jiān)測中廣泛使用。
二、超聲波測厚示值失真原因分析:超聲波測厚在實(shí)際應(yīng)用中,尤其是在役設(shè)備的監(jiān)測中,如果出現(xiàn)示值失真,偏離實(shí)際厚度的現(xiàn)象,結(jié)果造成管線(設(shè)備)隱患存在,就是依據(jù)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)更換了管件,造成大量材料浪費(fèi)。根據(jù)我公司幾年來超聲波測厚的跟蹤使用情況,將示值失真現(xiàn)象及原因分析如下:
1、無示值顯示或示值閃爍不穩(wěn)原因分析:這種現(xiàn)象在現(xiàn)場設(shè)備和管道檢測中時(shí)常出現(xiàn),經(jīng)過大量現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析,歸納原因如下:
(1)工件表面粗糙度過大,造成探頭與接觸面耦合效果差,反射回波低,甚至無法接收到回波信號(hào)。在役設(shè)備、管道大部分是表面銹蝕,耦合效果極差。
(2)工件曲率半徑太小,尤其是小徑管測厚時(shí),因常用探頭表面為平面,與曲面接觸為點(diǎn)接觸或線接觸,聲強(qiáng)透射率低(耦合不好)。
(3)檢測面與底面不平行,聲波遇到底面產(chǎn)生散射,探頭無法接受到底波信號(hào)。
(4)鑄件、奧氏體鋼因組織不均勻或晶粒粗大,超聲波在其中穿過時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的散射衰減,被散射的超聲波沿著復(fù)雜的路徑傳播,有可能使回波湮沒,造成不顯示。
(5)探頭接觸面有一定磨損。常用測厚探頭表面為丙烯樹脂,長期使用會(huì)使其表面粗糙度嶒加,導(dǎo)致靈敏度下降,從而造成不顯示或閃爍。
(6)被測物背面有大量腐蝕坑。由于被測物另一面有銹斑、腐蝕凹坑,造成聲波衰減,導(dǎo)致讀數(shù)無規(guī)則變化,在情況下甚至無讀數(shù)。
2、示值過大或過小原因分析 在實(shí)際檢測工作中,經(jīng)常碰到測厚儀示值與設(shè)計(jì)值(或預(yù)期值)相比,明顯偏大或偏小,原因分析如下:
(1)被測物體(如管道)內(nèi)有沉積物,當(dāng)沉積物與工件聲阻抗相差不大時(shí),測厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。
(2)當(dāng)材料內(nèi)部存在缺陷(如夾雜、夾層等)時(shí),顯示值約為公稱厚度的70%(此時(shí)要用超聲波探傷儀進(jìn)一步進(jìn)行缺陷檢測)。
(3)溫度的影響。一般固體材料中的聲速隨其溫度升高而降低,有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,熱態(tài)材料每增加100°C,聲速下降1%。對于高溫在役設(shè)備常常碰到這種情況。
(4)層疊材料、復(fù)合(非均質(zhì))材料。要測量未經(jīng)耦合的層疊材料是不可能的,因超聲波無法穿透未經(jīng)耦合的空間,而且不能在復(fù)合(非均質(zhì))材料中勻速傳播。對于由多層材料包扎制成的設(shè)備(像尿素高壓設(shè)備),測厚時(shí)要特別注意,測厚儀的示值僅表示與探頭接觸的那層材料厚度。
(5)耦合劑的影響。耦合劑是用來排除探頭和被測物體之間的空氣,使超聲波能有效地穿入工件達(dá)到檢測目的。如果選擇種類或使用方法不當(dāng),將造成誤差或耦合標(biāo)志閃爍,無法測量。實(shí)際使用中由于耦合劑使用過多,造成探頭離開工件時(shí),儀器示值為耦合劑層厚度值。
(6)聲速選擇錯(cuò)誤。測量工件前,根據(jù)材料種類預(yù)置其聲速或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)塊反測出聲速。當(dāng)用一種材料校正儀器后(常用試塊為鋼)又去測量另一種材料時(shí),將產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
(7)應(yīng)力的影響。在役設(shè)備、管道大部分有應(yīng)力存在,固體材料的應(yīng)力狀況對聲速有一定的影響,當(dāng)應(yīng)力方向與傳播方向一致時(shí),若應(yīng)力為壓應(yīng)力,則應(yīng)力作用使工件彈性增加,聲速加快;反之,若應(yīng)力為拉應(yīng)力,則聲速減慢。當(dāng)應(yīng)力與波的傳播方向不一至?xí)r,波動(dòng)過程中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡受應(yīng)力干擾,波的傳播方向產(chǎn)生偏離。根據(jù)資料表明,一般應(yīng)力增加,聲速緩慢增加。
(8)金屬表面氧化物或油漆覆蓋層的影響。金屬表面產(chǎn)生的致密氧化物或油漆防腐層,雖與基體材料結(jié)合緊密,無名顯界面,但聲速在兩種物質(zhì)中的傳播速度是不同的,從而造成誤差,且隨覆蓋物厚度不同,誤差大小也不同。
三、超聲波測厚示值失真的預(yù)防措施及注意事項(xiàng):由以上產(chǎn)生示值失真的原因分析,在現(xiàn)場檢測中就應(yīng)采取相應(yīng)措施,進(jìn)行事前積極預(yù)防,避免造成事故隱患或不必要的浪費(fèi)。為此,根據(jù)幾年來的跟蹤檢測經(jīng)驗(yàn),歸納總結(jié)如下幾點(diǎn),作為預(yù)防超聲測厚示值失真的預(yù)防措施。
1、正確選用測厚探頭
(1)測曲面工件時(shí),采用曲面探頭護(hù)套或選用小管徑探頭(φ6mm),可較的測量管道等曲面材料。(2)對 于 晶 粒 粗 大 的 鑄 件 和 奧 氏 體 不 銹 鋼 等,應(yīng) 選 用 頻 率 較 低 的 粗 晶 專 用 探 頭(2.5MHz).
(3)測高溫工件時(shí),應(yīng)選用高溫探頭(300-600°C),切勿使用普通探頭。
(4)探頭表面有劃傷時(shí),可選用500#砂紙打磨,使其平滑并保證平行度。如仍不穩(wěn)定,則考慮更換探頭。
2、對被檢物表面進(jìn)行處理。通過砂、磨、挫等方法對表面進(jìn)行處理,降低粗糙度,同時(shí)也可以將氧化物及油漆層去掉,露出金屬光澤,使探頭與被檢物通過耦合劑能達(dá)到很好的耦合效果。
3、正確識(shí)別材料,選擇合適聲速。在測量前一定要查清被測物是哪種材料,正確預(yù)置聲速。對于高溫工件,根據(jù)實(shí)際溫度,按修正后的聲速預(yù)置或按常溫測量后,將厚度值予以修正。此步很關(guān)鍵,現(xiàn)場檢測中經(jīng)常因忽視這方面的影響而出錯(cuò)。
4、正確使用耦合劑。首先根據(jù)使用情況選擇合適的種類,當(dāng)使用在光滑材料表面時(shí),可以使用低粘度的耦合劑;當(dāng)使用在粗糙表面、垂直表面及頂表面時(shí),應(yīng)使用粘度高的耦合劑。高溫工件應(yīng)選用高溫耦合劑。其次,耦合劑應(yīng)適量使用,涂抹均勻,一般應(yīng)將耦合劑涂在被測材料的表面,但當(dāng)測量溫度較高時(shí),耦合劑應(yīng)涂在探頭上。
5、特殊情況的處理
(1)檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)值明顯偏離預(yù)期值,應(yīng)用超聲波探傷儀進(jìn)行輔助判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)背面有腐蝕凹坑時(shí),這個(gè)區(qū)域測量就得十分小心,可選擇變換分割面角度作多次測量。
(2)當(dāng)測量復(fù)合外形的工件(如管子彎頭處)時(shí),可采用〔一、1、(1)〕介紹的方法,選較小的數(shù)據(jù)作為該工件在測量點(diǎn)處的厚度。
(3)被測工件的另一表面必須與被測面平行,否則得不到滿意的超聲響應(yīng),將引起測量誤差或根本無讀數(shù)顯示。
(4)對于層疊材料、復(fù)合材料以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特異的,常見的應(yīng)用超聲反射原理測量厚度的儀器就不適用。