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超聲波測厚方法 |
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一、超聲波測厚方法
1、一般測量方法：(以HCH-2000C型超聲波測厚儀為例)
（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）30mm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φ30mm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5mm。
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。此方法在尿素高壓設(shè)備、不銹鋼襯里腐蝕監(jiān)測中廣泛使用。
二、超聲波測厚示值失真原因分析：超聲波測厚在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在役設(shè)備的監(jiān)測中，如果出現(xiàn)示值失真，偏離實(shí)際厚度的現(xiàn)象，結(jié)果造成管線（設(shè)備）隱患存在，就是依據(jù)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)更換了管件，造成大量材料浪費(fèi)。根據(jù)我公司幾年來超聲波測厚的跟蹤使用情況，將示值失真現(xiàn)象及原因分析如下：
1、無示值顯示或示值閃爍不穩(wěn)原因分析：這種現(xiàn)象在現(xiàn)場設(shè)備和管道檢測中時(shí)常出現(xiàn)，經(jīng)過大量現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，歸納原因如下：
（1）工件表面粗糙度過大，造成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、管道大部分是表面銹蝕，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，探頭無法接受到底波信號。
（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，造成不顯示。
（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嶒加，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，造成聲波衰減，導(dǎo)致讀數(shù)無規(guī)則變化，在極端情況下甚至無讀數(shù)。
2、示值過大或過小原因分析 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)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至?xí)r，波動過程中質(zhì)點(diǎn)振動軌跡受應(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，無名顯界面，但聲速在兩種物質(zhì)中的傳播速度是不同的，從而造成誤差，且隨覆蓋物厚度不同，誤差大小也不同。
三、超聲波測厚示值失真的預(yù)防措施及注意事項(xiàng)：由以上產(chǎn)生示值失真的原因分析，在現(xiàn)場檢測中就應(yīng)采取相應(yīng)措施，進(jìn)行事前積極預(yù)防，避免造成事故隱患或不必要的浪費(fèi)。為此，根據(jù)幾年來的跟蹤檢測經(jīng)驗(yàn)，歸納總結(jié)如下幾點(diǎn)，作為預(yù)防超聲測厚示值失真的預(yù)防措施。
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（φ6mm),可較精確的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，應(yīng) 選 用 頻 率 較 低 的 粗 晶 專 用 探 頭（2.5MHz).
（3）測高溫工件時(shí)，應(yīng)選用高溫專用探頭（300－600°C)，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)。
4、正確使用耦合劑。首先根據(jù)使用情況選擇合適的種類，當(dāng)使用在光滑材料表面時(shí)，可以使用低粘度的耦合劑；當(dāng)使用在粗糙表面、垂直表面及頂表面時(shí)，應(yīng)使用粘度高的耦合劑。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)，這個(gè)區(qū)域測量就得十分小心，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〔一、1、（1）〕介紹的方法，選較小的數(shù)據(jù)作為該工件在測量點(diǎn)處的厚度。
（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，常見的應(yīng)用超聲反射原理測量厚度的儀器就不適用。
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