超声波测厚仪示值失真因素分析.pdf

第6期
故障诊斷
超声波测厚位示值失真因素分析
陈卫民
(河南省锅炉压力容器安全检測研究院,河南郑州450016
[摘要]超声波测厚仪是承压类特种设备检验检测常用的测厚工具,但壁厚测定时常遇到示値失真现象。本文分析了影响
测厚仪示值失真的各种因素,以期减小误差获得相对准确的壁厚数
关鍵词]特种设备;超声波测厚仪;失真;因素分析
锅灯、压力容器及压力管道等承压类特种超声波被工件前表面反射回接收晶片形成界面反
设备在高温、高压或腐蚀介质的工况下长时间运射波,剩余部分则穿过工件在底面发生反射,反
,会出现冲刷、磨损、腐蚀等情況,这将导致射波的一部分又穿过工件表面和延迟块到达接收
设备厚逐渐减薄,需要定期对设备进行壁厚测晶片形成底面反射波。因为界面反射波的波幅很
量。超卢波测厚仪由于操作简单,携带方便,测小,不易检测到,因此测厚仪一般都设置了调零
量准确度较高,被广泛应用于承压类特种设备的旋钮来滅小其产生的影响。在实际壁厚测定时,
检验检测中。
超声波测厚仪上均带有标准厚度的试块,检测前
超声波测厚仪测量的数据是判断设备壁厚是先进行调零操作,保证标准试块厚度与测厚仪上
否减薄的亜要依据,但在实际检验检测工作中
显示的厚度相一致,这样使间接地消除了界面反
时常遇到测厚仪示值波动较大或出现异常值的情射波带米的误差。脉冲波经介质底面反射后被接
况,即“失真”现象,与真实情況相比产生较大收电路接收,工件的厚度与脉冲的宽度(通过工
误差,若对示值失真处理不当将会造成材料的浪件时间)成正比,根据声波在工件中的传播速度
费甚至导致事故的发生。因此,如何正确分析测乘以通过工件时间的一半而得到工件的厚度,通
厚仪示值失真的因素对设备安全、稳定、高效运过单片机计数处理后,经液晶显示器显示厚度数
行显得尤为重要。
值
1超声波测厚仪测厚原理
3超声波测厚仪示值失真因素分析
超声波是一种频率高,方向性好,穿透能力
在进行锅炉、压力容器、压力管道检验检
强的声波,其易于获得较集中的声能,而且在均测时,当设各中的缺陷一旦达到一定面积或尺寸
匀介质巾传播速度相同。超声波在传播过程中如时,入射脉冲波就会在缺陷部位发生反射,此时
果遇到另一种介质时将产生反射现象,从被测材仪器接收到的反射信号反映的厚度(深度)就是
料表面发出超卢波到接收底面(或缺陷)反射波缺陷所在部位的厚度(深度)。通常情況下,超
的时间间隔与材料厚度成正比,由传播时间和声声波的传播路径发生了变化则可能产生折射或产
速便可确定材料的厚度。基于此原理,超声波測生波型变换,有时会产生“増值”或其它变化
厚仪可用于进行測厚。
导致了失真现象的产生。因此,在排除因仪器本
2超声波测厚仪
身、探头和操作方法等因素的影响外,导致示值
异常的因素通常是表面接触情况和测量对象自身
超卢波测厚仪主要由主机和探头两部分组属性。
成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显
示电路三部分,由发射电路产生的高压冲击波激
励探头,产生超声发射脉冲波,超卢波透过有机作者简介:陈卫民(1973-),男,河的洛阳人,本科,エ程
坡璃延退块和耦合剂到达工件表面。其中一部分师。主変从事示压类特利设备俭验位測工作。
万方数
石油和化工设备
82-■故障诊断
2017年第20卷
3.1表面接触情况导致示值失真
同,因此测厚之前要先选择与测量对象相适应的
3.1.1耦合剂的影响
声速。然而,特殊情况ド,即便为同一种材料
耦合剂可以排除探头和被測设各金属表面之由于各白治金、加工、热处理工艺的不同,其声
间的空气,保证超声波探头与被测工件表面有效
速值也会不同。如果材质不均匀,不同的区域还
接触,利于超声波由表面进入工件,达到检测目
会存在不同的声速。超声波测厚付通常采用材料
的。选择耦合剂的种类或使用方法要得当,否则
的平均声速,虽然由此引起的声速差异不太大,
将可能造成误差或无法测定。应根据被測工件的但也会给测厚带米一定的误差。
表面状况、声阻抗和被测设备的特殊要求等情況32氢腐蚀的影响
选择合适的耦合剂种类,当在光滑材料表面进行
在对一些石化装置检验检测时,经常会对
测定时,应尽量选用低黏度的耦合剂如机油;当一些临氢介质的压力容器进行壁厚测定,若发现
在粗糙表面、垂直表面测定时,应使用黏度高的壁厚出现“增值”情况,则应考虑氢腐蚀的可能
耦合剂如ビ油、水玻璃、浆糊等。高温工件表面性。氢腐蚀是指高温ド(一般温度200℃以上)氢
应选用高温耦合剂。对有禁油要求的设备检测时和钢中的滲碳体(Fe3C)发生还原作用生成甲烷而导
必须使用无油的耦合剂。耦合剂应涂抹均匀,使致沿晶界的腐蚀,形成的甲烷使晶界产生大量的
用适量,通常情况下应将耦合剂涂抹在被测材料微裂纹,并出现明显的脱碳,超声波的衰减、反
表面,再进行测定,但测量高温工件时,耦合剂射、声速与频率都受此影响。材料受到腐蚀后,
应均匀涂抹在探头上,然后再与工件表面接触进晶界受到破坏,晶粒与晶粒之间产生了缝隙,迫
行测定
使声波的传播路线改变,声程增大,相当于壁厚
3.1.2被测对象表面平整度、光洁度的影响
增加。对于怀疑出现氢腐蚀的设备,应采用超声
被測对象表面粗糙度过大,光洁度过低,容波探伤仪进行探测先查明氢腐蚀分布情况,必要
易造成探头与接触面耦合效果差,甚至无法接收
时进行金相检验,从而对设备能否安全运行做出
到回波信号,如被测金属表面锈蚀、氧化物、油
客观评价。
漆层和沉淀物等。对锈蚀、氧化物、油漆层可通3.23分层缺陷你在的影响
过砂、磨、挫等方法对表面进行处理,降低粗糙
对钢板进行壁厚测定时,可能在某一部位会
度,同时也可以将氧化物及油漆层进行打磨,露出现内外壁面光洁、平整且无腐蚀四坑,但采用
出金属光泽,提高耦合效某。
超声波测厚仪测出的数据与钢板名义厚度相比偏
对于沉淀物,一般情况下其声阻抗与金属壁低较多,即出现“减值”情況,此时,可怀疑钢
面相比小很多,因此绝大部分超声波在金属壁面板局部是否存在分层缺陷。
和沉淀物的界面处被反射,基本对测厚不产生影
钢板分层是一种常见缺陷,它可加刷钢板力
响。但对于一些特殊的沉淀物如硫化物层,它的学性能恶化速率,尤其沿厚度方向的力学性能显
声阻抗与金属壁面几乎相同,将会导致实测壁厚著降低。分层缺陷在厚度较大的钢板中容易出现
增大。因此测厚时可以先用锤子将沉淀物敲打除(一般30mm厚度以上),厚度较薄的钢板中很少
去,使附着物脱落后再进行测定。
出现,且规格越厚,分层缺陷越明显。其分层机
当被测金属壁面另一侧有腐蚀凹坑时,声波理为:钢水中S含量偏高时,在钢水凝固进程中,
衰减较大,且分散,导致探头无法接收到稳定的S和Mm元素发生化学反应生成MnS夹杂。轧制过
回波,超声波测厚仪读数呈现无规则变化,甚至程中,硫化物夹杂沿轧制方向变形为长条状,在
会出现无读数的情况,因此测定时应选择合适的剪切过程中,受到拉应力的作用塑性硫化物夹杂
方法尽量增加测点数量。
产生长且窄的滑移带,滑移带上的位错被阻寨在
3.2测量对象自身属性导致示值失真
夹杂物和基体的界面处,造成该处的应力集中并
导致界面处首先产生空洞:随着应力的増大,空
3.2.1材料声速的影响