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超聲波測厚儀指示值失真原因及防范措施
2014-10-06
超聲波測厚儀是最經(jīng)濟(jì)也是最常用的一種檢測儀器。因?yàn)槌袎侯愒O(shè)備的品種繁多,被測部件表面工況復(fù)雜,檢測人員操作不當(dāng)或者誤判,檢測出的示值有可能出現(xiàn)失真,從而偏離實(shí)際厚度的現(xiàn)象;最終影響檢測人員對設(shè)備安全狀況的綜和評定,及有可能造成對設(shè)備的誤判,從而埋下事故隱患或者依據(jù)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)對設(shè)備進(jìn)行修理和更換,進(jìn)而造成不必要的財(cái)產(chǎn)浪費(fèi)。因此正確掌握使用超聲波測厚儀并了解影響超聲波測厚示值失真的原因,以便在實(shí)際檢測中采取相對應(yīng)的預(yù)防措施,從而保證檢測的數(shù)據(jù)盡可能的接近真實(shí)數(shù)值。下面島韓實(shí)業(yè)進(jìn)行了總結(jié)分析,從而給出了超聲波測厚指示值失真的防范措施。
一、超聲波測厚儀使用方法
1、一般測量方法
(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)30 mm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,在直徑約為30 mm的圓內(nèi)進(jìn)行多次測量,取最小值為被測工件厚度值。
2、精確測量法
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)測量法沿指定路線連續(xù)測量,間隔不大于5 mm。
4、網(wǎng)格測量法
在指定區(qū)域劃上網(wǎng)格,按點(diǎn)測厚記錄。此方法在高壓設(shè)備、不銹鋼襯里腐蝕監(jiān)測中廣泛使用。
二、超聲波測厚指示值失真原因
1、無示值顯示或示值閃爍不穩(wěn)
這種現(xiàn)象在現(xiàn)場設(shè)備和管道檢測中時(shí)常出現(xiàn),分析有以下幾種原因。
(1)工件表面粗糙度過大,使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。在役設(shè)備、管道多因表面銹蝕,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,探頭無法接收到底波信號。
(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,有可能使回波湮沒而不顯示。
(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)使其表面粗糙度增加,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,使聲波衰減,導(dǎo)致讀數(shù)無規(guī)則變化甚至無讀數(shù)。（索特超聲波測厚儀）
2、示值過大或過小
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)試塊反測出聲速。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致時(shí),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,無明顯界面,但因聲速在兩種物質(zhì)中的傳播速度不同而造成誤差,且隨覆蓋物厚度不同,誤差大小也不同。
(9)材質(zhì)劣化的影響。如氫腐蝕導(dǎo)致超聲波聲速的變化,一般使指示值增大。
(10)近場區(qū)的影響。由于工件厚度較小,一般工件厚度小于或等于3 mm,且內(nèi)外光滑,二次反射波很強(qiáng)。此時(shí)指示值為實(shí)際值的兩倍。（索特超聲波測厚儀）
三、預(yù)防措施及注意事項(xiàng)
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)套或選用小管徑專用探頭(6 mm),可較精確地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,選用頻率較低的粗晶專用探頭(2.5 MHz)。
(3)測高溫工件時(shí),應(yīng)選用高溫專用探頭(300℃～600℃),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),必要時(shí)做對比試驗(yàn)。（索特超聲波測厚儀）
4、正確使用耦合劑
首先根據(jù)使用情況選擇合適的種類,光滑材料表面用低粘度的耦合劑;粗糙表面、垂直表面及頂表面時(shí),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),該區(qū)域測量應(yīng)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),可采用在一點(diǎn)處用探頭進(jìn)行兩次測厚,兩次測厚中,探頭的分割面要互為90°,選較小的數(shù)據(jù)作為該工件在測量點(diǎn)處的厚度方法。
(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,常用的超聲反射原理測厚儀不適用。
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