超聲波測厚中指示值失真原因分析
發(fā)布時間：2017-09-01
1測厚儀使用方法
1.1一般測量方法
(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(wěn)定時,以一個測定點為中心,在直徑約為30 mm的圓內(nèi)進行多次測量,取最小值為被測工件厚度值。
1.2精確測量法
在規(guī)定的測量點周圍增加測量數(shù)目,厚度變化用等厚線表示。
1.3連續(xù)測量法
用單點測量法沿指定路線連續(xù)測量,間隔不大于5 mm。
1.4網(wǎng)格測量法
在指定區(qū)域劃上網(wǎng)格,按點測厚記錄。此方法在高壓設備、不銹鋼襯里腐蝕監(jiān)測中廣泛使用。
2超聲波測厚指示值失真原因
2.1無示值顯示或示值閃爍不穩(wěn)
這種現(xiàn)象在現(xiàn)場設備和管道檢測中時常出現(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(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產(chǎn)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(shù)無規(guī)則變化甚至無讀數(shù)。
2.2示值過大或過小
在實際檢測工作中,經(jīng)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(nèi)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(nèi)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(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(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(jù)材料種類預置其聲速或根據(jù)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(chǎn)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(chǎn)生偏離。根據(jù)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(chǎn)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(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。此時指示值為實際值的兩倍。
3預防措施及注意事項
3.1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(wěn)定,則考慮更換探頭。
3.2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。
3.3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(jù)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(xiàn)場檢測中經(jīng)常因忽視這方面的影響而出錯,必要時做對比試驗。
3.4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,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。
3.5特殊情況的處理
(1)檢測時發(fā)現(xiàn)數(shù)值明顯偏離預期值,應用超聲波探傷儀進行輔助判斷。當發(fā)現(xiàn)背面有腐蝕凹坑時,該區(qū)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(shù)據(jù)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(shù)顯示。
(4)對于層疊材料、復合材料以及內(nèi)部結構特異的,常用的超聲反射原理測厚儀不適用。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
