超声波测厚仪示值失真现象及原因分析

2011-05-19

                                             超声波测厚仪示值失真现象及原因分析

     超声波测厚在实际应用中，尤其是在役设备的监测中，如果出现示值失真，偏离实际厚度的现象，结果造成管线(设备)隐患存在，就是依据错误的数据更换了管件，造成大量材料浪费。根据几年来超声波测厚的跟踪使用情况，将示值失真现象及原因分析如下：

    1、无示值显示或示值闪烁不稳原因分析：这种现象在现场设备和管道检测中时常出现，经过大量现象和数据分析，归纳原因如下：

    (1)工件表面粗糙度过大，造成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、管道大部分是表面锈蚀，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，探头无法接受到底波信号。

    (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，造成不显示。

    (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嶒加，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，造成声波衰减，导致读数无规则变化，在极端情况下甚至无读数。

    2、示值过大或过小原因分析在实际检测工作中，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至时，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，无名显界面，但声速在两种物质中的传播速度是不同的，从而造成误差，且随覆盖物厚度不同，误差大小也不同。