浅谈超声波测厚在在用容器定期检验中的应用

浅谈超声波测厚在在用容器定期检验中的应用

朱同同

江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院江苏泰州214500

摘要：超声波测厚的原理、使用方法与过程，以及在在用压力容器定期检验中的应用。

关键词：在用压力容器定期检验超声波测厚

压力容器在应用过程中由于受到较为严重的腐蚀和冲刷并且容易受到较大的压力,其壁厚容易出现减薄或损坏现象。压力容器壁厚的问题若没有得到及时的发现与解决则会严重影响其运行效率并促使事故的发生。因此，厚壁测定是在用压力容器的定期检验过程中的主要手段。

1.超声波测厚仪的工作原理

超声波测厚仪有脉冲式、共振式、兰姆波式三种类型。在用容器定期检验中,使用较为普遍的是脉冲反射式声速预置型超声波测厚仪。测厚仪的发射晶片在高频电脉冲触发下产生超声波。超声波透过有机玻璃延迟块和藕合剂到达工件表面。其中一部分超声波被工件前表面反射回接收晶片形成界面反射波S,剩余部分则穿过工件在底面发生反射,反射波的一部分又穿过工件表面和延迟块到达接收晶片形成底面反射波，通过预置声速并系统计算就可以得出工件的厚度值了。

2.超声波测厚的方法

超声波测厚的方法有一次测量法、两次测量法、φ30多点测量法、精密测量法以及连续测量法五种。

2.1一次测量法:即一个测厚点只测一次的方法；

2.2两次测量法:在测厚点上先测一次,然后将探头旋转90后再测一次,比较两次测量值的大小并以最小值作为测厚值；

2.3φ30多点测量法:以测厚点为中心，在φ30的圆内进行多点测厚,以测出的最小值作为测量值；

2.4精密测量法:以测厚点为中心,增加测点,把厚度变化的情况用等高线表示出来；

2.5连续测量法:按照规定的测量线路,采用次测量法,间隔不大于5mm连续测量。

一次测量法主要用于无腐蚀或腐蚀比较均匀的容器及大直径管道的测厚;两次测量法主要用于小直径管道或有点蚀的工件；φ30多点测量法和精密测量法主要用于坑蚀或者精密测量;连续法在石化行业比较常用,主要用于腐蚀点、最薄点的搜索以及较大腐蚀的测量。实际测厚中,往往采用两种或两种以上的方法，以期更真实地反映工件实际情况。

超声波测厚时,首先应了解被测对象的工艺参数、工艺特点、材质、原始壁厚和以往减薄部位,然后再决定测厚部位及方法。测厚部位的选择原则是：

（1）液位经常波动处；

（2）易腐蚀、易冲蚀和应力易集中处；

（3）制造成型时壁厚减薄和使用中产生变形部位；

（4）表面缺陷检查时发现的可疑部位。

3.超声波测在定期检验中的应用情况分析

3.1测厚值大于工件的名义厚度

产生这种情况,可能有以下几个原因：

3.1.1工件的实际厚度本身就大于工件的名义厚度。

3.1.2探头与工件表面或切面不垂直,导致超声波在工件中的传播声程增大而显示厚度增大。

3.1.3工件内部有氢腐蚀。在测定临氢介质的压力容器壁厚时,如果发现壁厚“增值”,应考虑氢腐蚀的可能性。

氢腐蚀是指高温下氢和钢中的渗碳体发生还原反应生成甲烷而导致沿晶界的腐蚀。甲烷的形成使晶界产生大量的微裂纹,并相应地有明显的脱碳,使超声波的衰减、声速受到影响,晶粒与晶粒间的缝隙会迫使超声波的传播路线改变、声程加大,从而使测厚仪上的显示值大于实际厚度。

3.1.4工件温度过高。

超声波测厚仪的适用温度范围为-10—50℃。工件温度过高,测厚时探头的温度很快升高,超声波在有机玻璃中的传播速度会随温度的升高而降低,传播时间相应增长。

3.1.5工件表面的漆层、锈蚀、氧化层没有打磨干净或者耦合剂涂敷得过多。

3.2测厚值小于工件的名义厚度

产生这种情况,可能有以下几个原因：

3.2.1有磨损或腐蚀现象。

3.2.2由于冶金、轧制等工艺的原因使氧化物和硫化物等非金属夹杂物进入工件内部,而测厚仪的灵敏度又特别高,致使显示值远小于实际厚度。

3.2.3有分层现象。

超声波测厚仪可以探测母材中的夹层，增加测定点扩大检测面积可以大致确定母材分布情况，以及与母材表面的倾斜度，配合超声波探伤仪确定母材夹层缺陷情况。

4.超声波测厚在使用中应注意的问题

4.1被测物表面的清洁

测量前应清除被测物体表面所有的灰尘、污垢及锈蚀物，铲除油漆等覆盖物。

4.2探头的选用

一般固体材料中的声速随其温度升高而降低，所以对于高温样品的测量应选用高温专用探头。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会产生严重的散射衰减，有可能使回波湮没，造成不显示。因此建议选用频率较低的粗晶专用探头（2.5MHz）。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），可选用小管径专用探头（6mm）。

4.3仪器校准

探头和电路都有一定的信号传输时间，这一时间必须从总的传输时间中减去，这一过程被称作仪器校准。忽略这一步会导致测量结果误差很大。校准时按压仪器的校准键，给探头涂少许耦合剂并轻压在仪器自带的校准试块上，当仪器显示出说明书上标明的标准试块的厚度值时，校准完毕。更换电池和探头后，以及每次测量之前都应进行仪器校准。

4.4耦合剂的选用

耦合剂是用来作为探头与被测材料之间的高频超声能量传递的。耦合剂用于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。要根据使用情况选择合适种类的耦合剂。当使用在光滑材料表面时，可以使用低黏度的耦合剂；当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时，应使用黏度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。并且，校准和测量时应选择同一种耦合剂。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。

4.5材料的温度影响

材料的厚度与超声波传播速度均受温度的影响，若对测量精度要求较高时，可采用试块比对法，即用相同材料的试块在相同温度条件下进行测量，并求得温度补偿系数，用此系数修正被测工件的实测值。

4.6大衰减材料

对于一些如纤维、多孔、粗粒子材料，它们会造成超声波的大量散射和能量衰减，以致出现反常的读数甚至无读数（通常反常的读数小于实际厚度），在这种情况下，则说明该材料不适于用此测厚仪测量。

5.结束语

随着我国国民经济、技术水平的不断提升,壁厚测定在压力容器定期检验过程中得到了良好的应用。检验人员在检验过程中应当对压力容器定期检验内容有着清晰的认识并在此基础上通过壁厚测定选点方法的合理选择与重点内容的有效分析促进压力容器定期检验水平的持续提升。

参考文献：

【1】GB1134-1989接触式超声波脉冲回波法测厚。

【2】张庆喜。无损检测,2016；11（7），157-188。

【3】TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》