超声波测厚指示值失真原因及防范措施
2014-09-16
超声波测厚仪是最经济也是最常用的一种检测仪器。因为承压类设备的品种繁多,被测部件表面工况复杂,检测人员操作不当或者误判,检测出的示值有可能出现失真,从而偏离实际厚度的现象;最终影响检测人员对设备安全状况的综和评定,及有可能造成对设备的误判,从而埋下事故隐患或者依据错误的数据对设备进行修理和更换,进而造成不必要的财产浪费。因此正确掌握使用超声波测厚仪并了解影响超声波测厚示值失真的原因,以便在实际检测中采取相对应的预防措施,从而保证检测的数据尽可能的接近真实数值。下面岛韩实业进行了总结分析,从而给出了超声波测厚指示值失真的防范措施。
一、超声波测厚仪使用方法
1、一般测量方法
(1)在一点处用探头进行两次测厚,在两次测量中探头的分割面要互为90°,取较小值为被测工件厚度值。
(2)30 mm多点测量法:当测量值不稳定时,以一个测定点为中心,在直径约为30 mm的圆内进行多次测量,取最小值为被测工件厚度值。
2、精确测量法
在规定的测量点周围增加测量数目,厚度变化用等厚线表示。
3、连续测量法
用单点测量法沿指定路线连续测量,间隔不大于5 mm。
4、网格测量法
在指定区域划上网格,按点测厚记录。此方法在高压设备、不锈钢衬里腐蚀监测中广泛使用。
二、超声波测厚指示值失真原因
1、无示值显示或示值闪烁不稳
这种现象在现场设备和管道检测中时常出现,分析有以下几种原因。
(1)工件表面粗糙度过大,使探头与接触面耦合效果差,反射回波低,甚至无法接收到回波信号。在役设备、管道多因表面锈蚀,耦合效果极差。
(2)工件曲率半径太小,尤其是小径管测厚时,因常用探头表面为平面,与曲面接触为点接触或线接触,声强透射率低(耦合不好)。
(3)检测面与底面不平行,声波遇到底面产生散射,探头无法接收到底波信号。
(4)铸件、奥氏体钢因组织不均匀或晶粒粗大,超声波在其中穿过时产生严重的散射衰减,被散射的超声波沿着复杂的路径传播,有可能使回波湮没而不显示。
(5)探头接触面有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂,长期使用会使其表面粗糙度增加,导致灵敏度下降,从而造成不显示或闪烁。
(6)被测物背面有大量腐蚀坑。由于被测物另一面有锈斑、腐蚀凹坑,使声波衰减,导致读数无规则变化甚至无读数。（索特超声波测厚仪）
2、示值过大或过小
在实际检测工作中,经常碰到测厚仪示值与设计值(或预期值)相比,明显偏大或偏小,原因分析如下:
(1)被测物体(如管道)内有沉积物,当沉积物与工件声阻抗相差不大时,测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。
(2)当材料内部存在缺陷(如夹杂、夹层等)时,显示值约为公称厚度的70%(此时要用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测)。
(3)温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低,有试验数据表明,热态材料每增加100°C,声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。
(4)层叠材料、复合(非均质)材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的,因超声波无法穿透未经耦合的空间,而且不能在复合(非均质)材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备(像尿素高压设备),测厚时要特别注意,测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。
(5)耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气,使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当,将造成误差或耦合标志闪烁,无法测量。实际使用中由于耦合剂使用过多,造成探头离开工件时,仪器示值为耦合剂层厚度值。
(6)声速选择错误。测量工件前,根据材料种类预置其声速或根据标准试块反测出声速。当用一种材料校正仪器后(常用试块为钢)又去测量另一种材料时,将产生错误的结果。
(7)应力的影响。在役设备、管道大部分有应力存在,固体材料的应力状况对声速有一定的影响,当应力方向与传播方向一致时,若应力为压应力,则应力作用使工件弹性增加,声速加快;反之,若应力为拉应力,则声速减慢。当应力与波的传播方向不一致时,波动过程中质点振动轨迹受应力干扰,波的传播方向产生偏离。根据资料表明,一般应力增加,声速缓慢增加。
(8)金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层,虽与基体材料结合紧密,无明显界面,但因声速在两种物质中的传播速度不同而造成误差,且随覆盖物厚度不同,误差大小也不同。
(9)材质劣化的影响。如氢腐蚀导致超声波声速的变化,一般使指示值增大。
(10)近场区的影响。由于工件厚度较小,一般工件厚度小于或等于3 mm,且内外光滑,二次反射波很强。此时指示值为实际值的两倍。（索特超声波测厚仪）
三、预防措施及注意事项
1、正确选用测厚探头
(1)测曲面工件时,采用曲面探头护套或选用小管径专用探头(6 mm),可较精确地测量管道等曲面材料。
(2)对于晶粒粗大的铸件和奥氏体不锈钢等,选用频率较低的粗晶专用探头(2.5 MHz)。
(3)测高温工件时,应选用高温专用探头(300℃～600℃),切勿使用普通探头。
(4)探头表面有划伤时,可选用500#砂纸打磨,使其平滑并保证平行度。如仍不稳定,则考虑更换探头。
2、对被检物表面进行处理
通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理,降低粗糙度,同时也可以将氧化物及油漆层去掉,露出金属光泽,使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。
3、正确识别材料,选择合适声速
在测量前一定要查清被测物是哪种材料,正确预置声速。对于高温工件,根据实际温度,按修正后的声速预置或按常温测量后,将厚度值予以修正。此步很关键,现场检测中经常因忽视这方面的影响而出错,必要时做对比试验。（索特超声波测厚仪）
4、正确使用耦合剂
首先根据使用情况选择合适的种类,光滑材料表面用低粘度的耦合剂;粗糙表面、垂直表面及顶表面时,用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。其次,耦合剂应适量使用,涂抹均匀,一般应将耦合剂涂在被测材料的表面,但当测量温度较高时,耦合剂应涂在探头上。
5、特殊情况的处理
(1)检测时发现数值明显偏离预期值,应用超声波探伤仪进行辅助判断。当发现背面有腐蚀凹坑时,该区域测量应十分小心,可选择变换分割面角度作多次测量。
(2)当测量复合外形的工件(如管子弯头处)时,可采用在一点处用探头进行两次测厚,两次测厚中,探头的分割面要互为90°,选较小的数据作为该工件在测量点处的厚度方法。
(3)被测工件的另一表面必须与被测面平行,否则得不到满意的超声响应,将引起测量误差或根本无读数显示。
(4)对于层叠材料、复合材料以及内部结构特异的,常用的超声反射原理测厚仪不适用。
