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超聲波測厚儀示值失真現象及原因分析

2011-06-22

                                                    超聲波測厚儀示值失真現象及原因分析
 
    超聲波測厚在實際應用中，尤其是在役設備的監測中，如果出現示值失真，偏離實際厚度的現象，結果造成管線(設備)隱患存在，就是依據錯誤的數據更換了管件，造成大量材料浪費。根據幾年來超聲波測厚的跟蹤使用情況，將示值失真現象及原因分析如下：

    1、無示值顯示或示值閃爍不穩原因分析：這種現象在現場設備和管道檢測中時常出現，經過大量現象和數據分析，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，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產生嚴重的散射衰減，被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播，有可能使回波湮沒，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，導致讀數無規則變化，在極端情況下甚至無讀數。

    2、示值過大或過小原因分析在實際檢測工作中，經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，有試驗數據表明，熱態材料每增加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。要測量未經耦合的層疊材料是不可能的，因超聲波無法穿透未經耦合的空間，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，根據材料種類預置其聲速或根據標準塊反測出聲速。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至時，波動過程中質點振動軌跡受應力干擾，波的傳播方向產生偏離。根據資料表明，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。金屬表面產生的致密氧化物或油漆防腐層，雖與基體材料結合緊密，無名顯界面，但聲速在兩種物質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。