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超聲波測(cè)厚指示值失真原因
測(cè)量示值過(guò)大或過(guò)小
在實(shí)際檢測(cè)工作中,經(jīng)常碰到測(cè)厚儀示值與設(shè)計(jì)值(或預(yù)期值)相比,明顯偏大或偏小,原因分析如下:
(1)被測(cè)物體(如管道)內(nèi)有沉積物,當(dāng)沉積物與工件聲阻抗相差不大時(shí),測(cè)厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。
(2)當(dāng)材料內(nèi)部存在缺陷(如夾雜、夾層等)時(shí),顯示值約為公稱(chēng)厚度的70%(此時(shí)要用超聲波探傷儀進(jìn)一步進(jìn)行缺陷檢測(cè))。
(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(yàn)數(shù)據(jù)表明,熱態(tài)材料每增加100°C,聲速下降1%。對(duì)于高溫在役設(shè)備常常碰到這種情況。
(4)層疊材料、復(fù)合(非均質(zhì))材料。要測(cè)量未經(jīng)耦合的層疊材料是不可能的,因超聲波無(wú)法穿透未經(jīng)耦合的空間,而且不能在復(fù)合(非均質(zhì))材料中勻速傳播。對(duì)于由多層材料包扎制成的設(shè)備(像尿素高壓設(shè)備),測(cè)厚時(shí)要特別注意,測(cè)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(lái)排除探頭和被測(cè)物體之間的空氣,使超聲波能有效地穿入工件達(dá)到檢測(cè)目的。如果選擇種類(lèi)或使用方法不當(dāng),將造成誤差或耦合標(biāo)志閃爍,無(wú)法測(cè)量。實(shí)際使用中由于耦合劑使用過(guò)多,造成探頭離開(kāi)工件時(shí),儀器示值為耦合劑層厚度值。
(6)聲速選擇錯(cuò)誤。測(cè)量工件前,根據(jù)材料種類(lèi)預(yù)置其聲速或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試塊反測(cè)出聲速。當(dāng)用一種材料校正儀器后(常用試塊為鋼)又去測(cè)量另一種材料時(shí),將產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
(7)應(yīng)力的影響。在役設(shè)備、管道大部分有應(yīng)力存在,固體材料的應(yīng)力狀況對(duì)聲速有一定的影響,當(dāng)應(yīng)力方向與傳播方向一致時(shí),若應(yīng)力為壓應(yīng)力,則應(yīng)力作用使工件彈性增加,聲速加快;反之,若應(yīng)力為拉應(yīng)力,則聲速減慢。當(dāng)應(yīng)力與波的傳播方向不一致時(shí),波動(dòng)過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡受應(yīng)力干擾,波的傳播方向產(chǎn)生偏離。根據(jù)資料表明,一般應(yīng)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(chǎn)生的致密氧化物或油漆防腐層,雖與基體材料結(jié)合緊密,無(wú)明顯界面,但因聲速在兩種物質(zhì)中的傳播速度不同而造成誤差,且隨覆蓋物厚度不同,誤差大小也不同。
(9)材質(zhì)劣化的影響。如氫腐蝕導(dǎo)致超聲波聲速的變化,一般使指示值增大。
(10)近場(chǎng)區(qū)的影響。由于工件厚度較小,一般工件厚度小于或等于3 mm,且內(nèi)外光滑,二次反射波很強(qiáng)。此時(shí)指示值為實(shí)際值的兩倍。
無(wú)示值顯示或示值閃爍不穩(wěn)
這種現(xiàn)象在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和管道檢測(cè)中時(shí)常出現(xiàn),分析有以下幾種原因。
(1)工件表面粗糙度過(guò)大,使探頭與接觸面耦合效果差,反射回波低,甚至無(wú)法接收到回波信號(hào)。在役設(shè)備、管道多因表面銹蝕,耦合效果極差。
(2)工件曲率半徑太小,尤其是小徑管測(cè)厚時(shí),因常用探頭表面為平面,與曲面接觸為點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸,聲強(qiáng)透射率低(耦合不好)。
(3)檢測(cè)面與底面不平行,聲波遇到底面產(chǎn)生散射,探頭無(wú)法接收到底波信號(hào)。
(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(guò)時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的散射衰減,被散射的超聲波沿著復(fù)雜的路徑傳播,有可能使回波湮沒(méi)而不顯示。
(5)探頭接觸面有一定磨損。常用測(cè)厚探頭表面為丙烯樹(shù)脂,長(zhǎng)期使用會(huì)使其表面粗糙度增加,導(dǎo)致靈敏度下降,從而造成不顯示或閃爍。
(6)被測(cè)物背面有大量腐蝕坑。由于被測(cè)物另一面有銹斑、腐蝕凹坑,使聲波衰減,導(dǎo)致讀數(shù)無(wú)規(guī)則變化甚至無(wú)讀數(shù)。