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濟也是最常用的一種檢測儀器。因為承壓類設備的品種繁多,被測部件表面工況復雜,檢測人員操作不當或者誤判,檢測出的示值有可能出現失真,從而偏離實際厚度的現象;最終影響檢測人員對設備安全狀況的綜和評定,及有可能造成對設備的誤判,從而埋下事故隱患或者依據錯誤的數據對設備進行修理和更換,進而造成不必要的財產浪費。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,以便在實際檢測中采取相對應的預防措施,從而保證檢測的數據盡可能的接近真實數值。下面島韓實業進行了總結分析,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)在一點處用探頭進行兩次測厚,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多點測量法:當測量值不穩定時,以一個測定點為中心,在直徑約為30 mm的圓內進行多次測量,取最小值為被測工件厚度值。
2、精確測量法
在規定的測量點周圍增加測量數目,厚度變化用等厚線表示。
3、連續測量法
用單點測量法沿指定路線連續測量,間隔不大于5 mm。
4、網格測量法
在指定區域劃上網格,按點測厚記錄。此方法在高壓設備、不銹鋼襯里腐蝕監測中廣泛使用。
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
這種現象在現場設備和管道檢測中時常出現,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,因常用探頭表面為平面,與曲面接觸為點接觸或線接觸,聲強透射率低(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產生嚴重的散射衰減,被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播,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,長期使用會使其表面粗糙度增加,導致靈敏度下降,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,導致讀數無規則變化甚至無讀數。（索特超聲波測厚儀）
2、示值過大或過小
在實際檢測工作中,經常碰到測厚儀示值與設計值(或預期值)相比,明顯偏大或偏小,原因分析如下:
(1)被測物體(如管道)內有沉積物,當沉積物與工件聲阻抗相差不大時,測厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。
(2)當材料內部存在缺陷(如夾雜、夾層等)時,顯示值約為公稱厚度的70%(此時要用超聲波探傷儀進一步進行缺陷檢測)。
(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,有試驗數據表明,熱態材料每增加100°C,聲速下降1%。對于高溫在役設備常常碰到這種情況。
(4)層疊材料、復合(非均質)材料。要測量未經耦合的層疊材料是不可能的,因超聲波無法穿透未經耦合的空間,而且不能在復合(非均質)材料中勻速傳播。對于由多層材料包扎制成的設備(像尿素高壓設備),測厚時要特別注意,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到檢測目的。如果選擇種類或使用方法不當,將造成誤差或耦合標志閃爍,無法測量。實際使用中由于耦合劑使用過多,造成探頭離開工件時,儀器示值為耦合劑層厚度值。
(6)聲速選擇錯誤。測量工件前,根據材料種類預置其聲速或根據標準試塊反測出聲速。當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,將產生錯誤的結果。
(7)應力的影響。在役設備、管道大部分有應力存在,固體材料的應力狀況對聲速有一定的影響,當應力方向與傳播方向一致時,若應力為壓應力,則應力作用使工件彈性增加,聲速加快;反之,若應力為拉應力,則聲速減慢。當應力與波的傳播方向不一致時,波動過程中質點振動軌跡受應力干擾,波的傳播方向產生偏離。根據資料表明,一般應力增加,聲速緩慢增加。
(8)金屬表面氧化物或油漆覆蓋層的影響。金屬表面產生的致密氧化物或油漆防腐層,雖與基體材料結合緊密,無明顯界面,但因聲速在兩種物質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)材質劣化的影響。如氫腐蝕導致超聲波聲速的變化,一般使指示值增大。
(10)近場區的影響。由于工件厚度較小,一般工件厚度小于或等于3 mm,且內外光滑,二次反射波很強。此時指示值為實際值的兩倍。（索特超聲波測厚儀）
三、預防措施及注意事項
1、正確選用測厚探頭
(1)測曲面工件時,采用曲面探頭護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,應選用高溫專用探頭(300℃～600℃),切勿使用普通探頭。
(4)探頭表面有劃傷時,可選用500#砂紙打磨,使其平滑并保證平行度。如仍不穩定,則考慮更換探頭。
2、對被檢物表面進行處理
通過砂、磨、挫等方法對表面進行處理,降低粗糙度,同時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,正確預置聲速。對于高溫工件,根據實際溫度,按修正后的聲速預置或按常溫測量后,將厚度值予以修正。此步很關鍵,現場檢測中經常因忽視這方面的影響而出錯,必要時做對比試驗。（索特超聲波測厚儀）
4、正確使用耦合劑
首先根據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,用粘度高的耦合劑。高溫工件應選用高溫耦合劑。其次,耦合劑應適量使用,涂抹均勻,一般應將耦合劑涂在被測材料的表面,但當測量溫度較高時,耦合劑應涂在探頭上。
5、特殊情況的處理
(1)檢測時發現數值明顯偏離預期值,應用超聲波探傷儀進行輔助判斷。當發現背面有腐蝕凹坑時,該區域測量應十分小心,可選擇變換分割面角度作多次測量。
(2)當測量復合外形的工件(如管子彎頭處)時,可采用在一點處用探頭進行兩次測厚,兩次測厚中,探頭的分割面要互為90°,選較小的數據作為該工件在測量點處的厚度方法。
(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,將引起測量誤差或根本無讀數顯示。
(4)對于層疊材料、復合材料以及內部結構特異的,常用的超聲反射原理測厚儀不適用。
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