超声波测厚检测技术的方法及应用分析

超声波测厚检测技术的方法及应用分析

张海鹏 乔琪 咸阳市特种设备检验所

摘要：近年来随着我国科学技术的不断发展，工业生产中检测技术广泛应用到石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。，特别是特种设备的壁厚的检测技术，对其安全运行起到了至关重要的作用，本文从壁厚测定的检测技术展开，围绕壁厚测定检测方法、影响因素、实际应用进行论述。

关键词：壁厚测定；检测方法；影响因素；实际应用

工业生产中使用的锅炉、压力容器、压力管道等特种设备，因长期受到输送介质的腐蚀、冲涮、冲蚀等因素的影响，设备的壁厚会不同程度的产生减薄，如果不定期进行监测，减薄到不能承受正常工作的压力时，就会发生安全事故，所以对生产设备中的锅炉、各种管道和压力容器进行监测，了解它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。是保证安全生产的重要组成部分。

超声测厚是监测壁厚减薄的主要手段之一，他的原理是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。按此原理设计的测厚仪可对各种板材和各种加工零件作精确测量，也可以对生产设备中各种管道和压力容器进行监测，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。

一、超声测厚仪检测方法 1、一般测量方法： （1）在一点处用探头进行两次测厚，在两次测量中探头的分割面要互为90°，取较小值为被测工件厚度值。 （2）30mm 多点测量法：当测量值不稳定时，以一个测定点为中心，在直径约为30mm 的圆内进行多次测量，取最小值为被测工件厚度值。 2、精确测量法：在规定的测量点周围增加测量数目，厚度变化用等厚线表示。 3、连续测量法：用单点测量法沿指定路线连续测量，间隔不大于5mm。 4、网格测量法：在指定区域划上网格，按点测厚记录。此方法在高压设备、不锈钢衬里腐蚀监测中广泛使用。  二、影响超声波测厚仪示值的因素： （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。对于表面锈蚀，耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理，降低粗糙度，同时也可以将氧化物及油漆层去掉，露出金属光泽，使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。  　　（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）。可选用小管径专用探头, 能较精确的测量管道等曲面材料。 　　（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。可选用频率较低的粗晶专用探头。 　　（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增加，导致灵敏度下降，从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨，使其平滑并保证平行度。如仍不稳定，则考虑更换探头。 　　（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。  （7）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。  （8）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%，此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。 （9）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。应选用高温专用探头（300－600°C），切勿使用普通探头。 　　（10）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。

三、壁厚测定在压力管道检验中的应用

压力管道壁厚测定，一般采用超声测厚的方法，测定位置应当具有代表性，并应有足够的壁厚测定点数。壁厚测定应当绘制测定点简图，图中应当标注测定点位置和记录测定的壁厚值。测定点的位置选择和比例应当符合以下要求：

（1） 测定点的位置，重点选择易受腐蚀、冲蚀，制造成型时壁厚减薄和使用中易产生变形、积液、磨损部位，超声导波检测、电磁检测以及其他方法检查发现的可疑部位，支管连接部位等。

（2）弯头（弯管）、三通和异径管等的测厚比例：GC1级≥30%，GC2级≥20%，GC3级≥10%；每个被检查的管道组成件，测厚位置不得少于3处；被检查管件与直管段相连的焊接接头的直管段一侧应进行厚度测量，测厚位置不得少于3处；检验人员认为必要时，对其余直管段进行壁厚测定抽查；

（3）发现管道壁厚有异常情况时，应当在壁厚异常部位附近增加测点，并确定异常区域大小，必要时，可适当提高整条管线测定的抽查比例；

四、结束语

总之，壁厚测定技术已经作为一项成熟的检测技术应用到各行各业，能方便快捷的检测设备壁厚情况，希望未来能在原有检测的基础上不断完善，最终达到实时监测，实时控制。

作者简介：张海鹏 ，男，民族：汉，出生：1981 年2月 7日

籍贯：陕西省宝鸡市凤翔，学历:  本科，职称：工程师

工作单位：咸阳市特种设备检验所，研究方向： 特种设备检验

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