38DL PLUS/EPOCH650 奧林巴斯OLYMPUS超聲波測厚儀雙晶探頭測量腐蝕區(qū)域的壁厚

應(yīng)用

在腐蝕檢測應(yīng)用中使用雙晶探頭測量剩余的金屬壁厚。

問題

幾乎任何由普通結(jié)構(gòu)金屬制成的樣件都容易受到腐蝕。很多行業(yè)面臨的一個(gè)特別嚴(yán)重的問題是對內(nèi)側(cè)可能出現(xiàn)了銹蝕的管道、管件或箱罐的剩余壁厚進(jìn)行測量。在沒有切割或拆卸管道或箱罐的情況下，僅憑肉眼觀察，通常不能發(fā)現(xiàn)這類銹蝕缺陷。結(jié)構(gòu)性鋼梁，特別是橋梁的支柱和鋼樁，也很容易受到腐蝕，而腐蝕就會使這些部件原來的金屬厚度減少。如果出現(xiàn)了腐蝕，卻在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)沒有被發(fā)現(xiàn)，則腐蝕會蔓延，會減弱金屬壁的支撐強(qiáng)度，還可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)性損壞。考慮到安全和經(jīng)濟(jì)兩方面的因素，我們需要對易受腐蝕的金屬管道、金屬箱罐或金屬結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行定期檢測。在這類腐蝕檢測應(yīng)用中，超聲檢測是一種已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可的無損檢測方式，而對銹蝕金屬的超聲檢測通常使用雙晶探頭完成。

操作理論

在腐蝕檢測中，操作人員常常會遇到不規(guī)則的表面。對不規(guī)則表面的檢測，雙晶探頭要優(yōu)于單晶探頭。所有超聲測厚過程都要計(jì)算超聲脈沖在被測材料中往返傳播所需的時(shí)間。由于固態(tài)金屬的聲阻抗與氣體、液體或腐蝕部位（如：水垢或鐵銹）的聲阻抗不同，聲脈沖會從剩余金屬壁的遠(yuǎn)側(cè)表面反射回來。檢測儀器的程序使用被測材料的聲速設(shè)定，并通過簡單的公式計(jì)算出壁厚：距離 = （聲速）×（時(shí)間）。

用于腐蝕應(yīng)用的大多數(shù)測厚儀都會測量聲波一次到達(dá)底面并返回到表面（在材料中傳播的往返聲程）所用的時(shí)間。很多儀器還可以測量多個(gè)連續(xù)回波之間的時(shí)間間隔。在測量帶有較厚漆層或類似涂層的材料壁厚時(shí)，這個(gè)技術(shù)非常實(shí)用，不過，在探測點(diǎn)蝕或測量帶有點(diǎn)蝕的管道或箱罐的真實(shí)小壁厚時(shí)，回波到回波測量不是特別有效。

雙晶探頭包含一組發(fā)射晶片和一組接收晶片，這兩組晶片被分別安裝在切有固定屋頂角（與平面呈一定的角度）的延遲塊的兩部分上，這樣發(fā)射聲程和接收聲程可以在被測樣件的表面以下交匯在一起。雙晶探頭發(fā)出的聲束交匯在一起的設(shè)計(jì)，會產(chǎn)生一種偽聚焦效果，在腐蝕檢測應(yīng)用中可以優(yōu)化小壁厚測量的操作。在捕捉來自可代表小剩余壁厚的點(diǎn)蝕底部的回波方面，雙晶探頭一般比單晶探頭的靈敏度更高。此外，在被測材料的外表面非常粗糙時(shí)，雙晶探頭經(jīng)常可以更有效地完成檢測。陷入粗糙表面上孔洞中的耦合劑會使入射聲束生成長時(shí)振鈴界面回波，這種回波會干擾單晶探頭的近表面分辨率。如果使用雙晶探頭進(jìn)行檢測，接收器的晶片就不太可能選擇這種錯誤的回波。后要說的是，雙晶探頭可用于高溫測量，而單晶接觸式探頭如果在高溫情況下進(jìn)行測量，則會受到損壞。

檢測設(shè)備

有幾種小型手持式超聲測厚儀專門用于腐蝕測量應(yīng)用。一般來說，這些測厚儀需要與一組的雙晶探頭一起使用完成檢測應(yīng)用。這組探頭涵蓋了各種厚度范圍和各種溫度條件。在某些關(guān)鍵性的應(yīng)用中，特別是在溫度較高的情況下，用戶可能會要求使用一種超聲波形顯示視圖，以核查是否探測到了有效的回波。38DL PLUS 測厚儀的波形顯示視圖可滿足用戶的這種要求。要了解有關(guān)這款儀器的完整信息，請參閱儀器的數(shù)據(jù)表。另一款于這類檢測的儀器是45MG測厚儀。在腐蝕檢測應(yīng)用中，雙晶探頭可有效地與探傷儀一起使用。數(shù)字式探傷儀，如：奧林巴斯的EPOCH系列（EPOCH 650和EPOCH 6LT探傷儀），不僅可以進(jìn)行厚度測量，還可以提供波形顯示視圖。

操作步驟

以下所述通用的檢測原理對所有借助雙晶探頭完成的腐蝕測量應(yīng)用都適用，無論使用的是便攜式測厚儀還是探傷儀。需要牢記的是，在任何情況下，都要根據(jù)儀器操作手冊中講述的程序，以正確的方式校準(zhǔn)儀器的聲速和零位偏移。

1. 探頭選擇

任何超聲測量系統(tǒng)（探頭加測厚儀，或探頭加探傷儀）都有一個(gè)小可測厚度，低于這個(gè)限度，就不會完成有效的測量。通常，在生產(chǎn)商的說明文件中會明確標(biāo)出這個(gè)小可測厚度值。隨著探頭頻率的增加，小可測厚度會降低。在腐蝕應(yīng)用中，小剩余壁厚通常是要測量的參數(shù)，因此了解所用探頭的可測厚度范圍至關(guān)重要。如果使用雙晶探頭測量一個(gè)厚度低于可測小厚度值的樣件，則測厚儀可能會探測到無效回波，而屏幕上可能會錯誤地顯示高的厚度讀數(shù)。下面的表中列出了38DL PLUS和45MG測厚儀在使用標(biāo)準(zhǔn)探頭測量鋼材料時(shí)可測到的大約小厚度。注意這些數(shù)字是約略值。具體應(yīng)用中確切的小可測厚度值取決于材料聲速、表面條件，以及材料的幾何形狀，而且用戶需通過實(shí)驗(yàn)確定這個(gè)厚度值。

*對于半徑等于或低于所規(guī)定的小半徑值的樣件，可能需要調(diào)整增益，以進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。

38DL PLUS/EPOCH650 奧林巴斯OLYMPUS超聲波測厚儀雙晶探頭測量腐蝕區(qū)域的壁厚

2. 表面條件

被測樣件外表面松散或剝落的結(jié)垢、銹蝕、腐蝕或塵土?xí)绊懹商筋^向被測材料發(fā)出的聲能的耦合效果。因此，在進(jìn)行測量之前，一定要使用鋼絲刷或銼刀將樣件表面上的這類松散的碎屑清理干凈。一般來說，只要銹蝕區(qū)域光滑，且仍然附著在下面的金屬上，我們就可以通過較薄的銹蝕層完成腐蝕區(qū)域的厚度測量。某些為粗糙的鑄件或銹蝕的表面可能需要使用銼刀或砂紙打磨成平滑的狀態(tài)，以確保獲得適當(dāng)?shù)穆曬詈闲ЧＨ绻粶y表面的漆層非常厚，或者漆層正在從金屬上脫落，則還需要去除漆層。雖然我們經(jīng)常可以透過薄漆層（大約0.1到0.2毫米）完成標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕測量，但是要測量涂有厚漆層的樣件，則需要使用特殊的技術(shù)，如：回波到回波或穿透涂層（THRU-COAT）測量功能，因?yàn)楹衿釋訒剐盘柈a(chǎn)生衰減，還可能會生成錯誤回波。管道或箱罐外側(cè)表面上的嚴(yán)重點(diǎn)蝕會為測量增加難度。在某些粗糙的表面上，使用凝膠或潤滑油，而不是液體耦合劑，有助于聲能在被測樣件中的傳播。在個(gè)案中，可能有必要將樣件表面挫磨或打磨得足夠平滑，以使樣件表面*接觸到探頭面。在管道或箱罐外側(cè)點(diǎn)蝕很深的測量應(yīng)用中，通常需要測量點(diǎn)蝕的基底與管道或箱罐的內(nèi)壁之間的剩余金屬厚度。某些復(fù)雜的超聲技術(shù)使用聚焦的水浸探頭，可以直接測量從外側(cè)點(diǎn)蝕的基底到內(nèi)壁之間的厚度，但是對于在野外進(jìn)行的檢測應(yīng)用，這種技術(shù)一般不太實(shí)用。常規(guī)的技術(shù)是以超聲方式測量樣件上不帶點(diǎn)蝕區(qū)域的金屬厚度，再以機(jī)械方式測量點(diǎn)蝕處的深度，然后再用測得的金屬壁厚減去點(diǎn)蝕深度。此外，還可以將表面挫磨或打磨到點(diǎn)蝕的基底處，再進(jìn)行正常的測量。在任何較為困難的測量應(yīng)用中，要確定針對某種被測表面，所用測厚儀加探頭形成的組合系統(tǒng)可以測量的小厚度值，佳的方法就是在實(shí)際樣件上進(jìn)行試驗(yàn)。

3. 探頭的定位/對齊

要獲得適當(dāng)?shù)穆曬詈闲Ч筋^必須要嚴(yán)密地貼附在被測樣件的表面。在測量小直徑圓柱形樣件時(shí)，如：管道，要根據(jù)以下要求使探頭接觸樣件的表面：探頭面上可見的聲障材料要與圓柱形樣件的中心軸垂直對齊（參見下圖）。雖然需要用手使勁下壓探頭才能獲得優(yōu)質(zhì)讀數(shù)，但是一定不要沿著粗糙的金屬表面刮擦探頭或扭動探頭。否則，會刮壞探頭面，而且終會使探頭的性能降低。在粗糙表面上移動探頭的安全方式是每當(dāng)要進(jìn)行下一次測量時(shí)，將探頭提起，并重新放置在樣件上需要測量的區(qū)域，千萬不要將探頭滑動到這個(gè)區(qū)域。請大家記住，一次超聲檢測所測量的厚度，只是探頭所發(fā)出的聲束在樣件的一個(gè)位置上測量到的厚度，因此在測量腐蝕樣件時(shí)，在不同位置上測量到的壁厚值經(jīng)常會有很大的不同。檢測程序通常要求操作人員在所定義的區(qū)域中進(jìn)行幾次測量，并確定一個(gè)小厚度值和/或一個(gè)平均厚度值。理想的操作方法是，在進(jìn)行多次測量采集厚度值時(shí)所使用的增量一定不要超過探頭直徑的一半，這樣有助于確保不會漏查金屬壁中的點(diǎn)蝕缺陷或其它局部厚度的變化。用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用的需要，自行定制適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集模式。對于遭受了嚴(yán)重銹蝕或點(diǎn)蝕的材料，可能無法得到這些材料上某些區(qū)域的測量讀數(shù)。在材料內(nèi)側(cè)表面不規(guī)則的情況下可能會測量不到厚度讀數(shù)，因?yàn)楫?dāng)聲能接觸到不規(guī)則的內(nèi)表面時(shí)會散射開來，而沒有被反射回探頭。不能獲得讀數(shù)還可能表明樣件的實(shí)際厚度超出了所用探頭和儀器的可測厚度范圍。一般來說，不能獲得被測樣件上某一點(diǎn)的有效厚度讀數(shù)，說明這一區(qū)域的管壁受到了嚴(yán)重的損壞，應(yīng)該通過其它方法完成進(jìn)一步核查。

4. 高溫測量

在高溫下進(jìn)行腐蝕測量，需要考慮一些特殊的因素。請注意以下幾點(diǎn)：

• 確保被測樣件的表面溫度不會超出為所用探頭和耦合劑規(guī)定的溫度范圍的上限。某些雙晶探頭僅適用于在室內(nèi)溫度環(huán)境中進(jìn)行測量。
• 要使用適用于操作環(huán)境溫度的耦合劑。所有高溫耦合劑在一定的溫度下都會蒸發(fā)，留下一層不能傳播聲能的硬性殘留物。我們提供的耦合劑所能承受的高推薦溫度如下： 
   

  工件編號	說明	容量	應(yīng)用
  B2	甘油	0.06升（2盎司）	一般用途，更粘稠，具有較高的聲阻抗，是用于粗糙表面材料的理想耦合劑。在環(huán)境溫度下使用。
  D12	凝膠類	0.35升（12盎司）	用于粗糙的表面、過熱的表面，或豎立的壁面。在環(huán)境溫度下使用。
  H-2	高溫	0.06升（2盎司）	當(dāng)根據(jù)制造商推薦的程序要求，在很多開放的環(huán)境中使用時(shí)，其溫度范圍為-18 °C到400 °C。*
  I-2	高溫	0.06升（2盎司）	溫度范圍為371 °C到538 °C；要了解更詳細(xì)的信息，請參考安全數(shù)據(jù)表。*

  在開放環(huán)境進(jìn)行的典型的UT探傷和測厚應(yīng)用中，使用薄層耦合劑，可使所形成的少量氣體很快消散。但是，如果非常擔(dān)心耦合劑氣體會自燃（這種情況不太會發(fā)生），則不應(yīng)該在超過了安全數(shù)據(jù)表中規(guī)定的自燃溫度時(shí)使用這種耦合劑。

• 測量要迅速，而且在進(jìn)行下一次測量前要使探頭體得到冷卻。高溫雙晶探頭帶有由耐熱材料制成的延遲塊，但是如果持續(xù)暴露在高溫度下，探頭的內(nèi)部會加熱升溫，熱量達(dá)到一定程度時(shí)會使探頭的粘接部位出現(xiàn)故障，從而使探頭受到損壞。在需要探頭短暫接觸被測表面的檢測應(yīng)用中，儀器的凍結(jié)功能非常有用，因?yàn)檫@個(gè)功能可以使讀數(shù)保持在屏幕上。
• 需牢記：隨著溫度的變化，材料聲速和探頭零位偏移也會產(chǎn)生變化。要在高溫情況下進(jìn)行精度很高的測量，應(yīng)使用一段厚度已知的測試棒進(jìn)行聲速校準(zhǔn)，測試棒的溫度應(yīng)被加熱到實(shí)際被測材料具有的溫度。另一種辦法是使用我們的高級測厚儀，如：38DL PLUS測厚儀，這類儀器裝有一種軟件，軟件經(jīng)過配置，可以根據(jù)已知的溫度變化，自動補(bǔ)償聲速。奧林巴斯的所有腐蝕測厚儀都有一個(gè)半自動零位功能，可用于在高溫下調(diào)整零位設(shè)置。要了解詳細(xì)信息，請參閱這款儀器的操作手冊。請參閱其它測厚儀和探傷儀的操作手冊，了解如何在高溫下補(bǔ)償零位偏移的信息。此外，在高溫下測量時(shí)，經(jīng)常需要提高增益。奧林巴斯的所有腐蝕測厚儀都帶有持續(xù)調(diào)整增益的功能，或者用于此目的的一個(gè)增益加強(qiáng)功能。

5. 測厚儀和探傷儀

超聲腐蝕測厚儀的目的是探測和測量來自被測樣件內(nèi)壁的回波。材料中的不連續(xù)性，如：缺陷、裂紋、空隙或分層，可能會產(chǎn)生波幅足以觸發(fā)測厚儀報(bào)警的回波，從而會表明被測樣件的某個(gè)部位存在著不同尋常的壁厚減薄情況。但是，腐蝕測厚儀的設(shè)計(jì)目的不是為了探測缺陷或裂紋，因此我們不能依靠測厚儀探測材料的不連續(xù)性。要正確評估材料的不連續(xù)性，則需要由受過正規(guī)培訓(xùn)的操作人員使用一款超聲探傷儀，如：奧林巴斯的EPOCH 6LT或EPOCH 650儀器，對材料進(jìn)行檢測。一般來說，對于任何腐蝕測厚儀無法解釋的讀數(shù)，都需要完成進(jìn)一步的檢測。

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