超聲波測厚在特種設備檢驗中的相關問題

杜立劍（長慶油田技術監測中心 710018）

在特種設備定期檢驗中，壁厚測定是一個重要檢驗項目，對設備安全狀況等級評定具有重要意義，根據多年的檢驗經驗，總結如下。

一、測厚方法和注意事項

1.測厚方法

（1）雙測量法：在每一點處用探頭進行兩次測量，兩次測量中探頭串音隔層板要相互垂直，取兩次測量中的最小值作為測量厚度。（2）多點測量法：在某一測量范圍（一般以直徑20—30mm為宜）內進行多次測量，以找出最薄點。如下圖所示：

（3）線連續測量法：在一條線上每相距5mm或5mm以下測量一次，用此間隔連續進行測量，適用于背面有腐蝕溝槽的工件。（4）綜合測量法：用于腐蝕嚴重或對測量結論要求較精確的場合，測量時以一點為中心，綜合使用以上方法，以更小間隔移動探頭，并將測量結果以等高線形式記錄，如下圖所示。此法可找出壁厚最薄點，確定小面積的腐蝕坑。

2.注意事項

（1）超聲波測厚儀，由于檢測靈敏度高，在工件表面有油漆、氧化皮或銹鐵時，均可直接測厚（不平時稍加打磨），但此時測出的工件厚度包括了氧化層和涂層厚度，應在示值中扣除。

（2）探頭與試件接觸時，探頭放置要平穩，壓力適當，保證探頭與試件之間有良好的耦合。

（3）測量管壁厚度時，探頭中間的串音隔層板應與被測管子的軸線平行或者垂直，以增大探頭晶片與工件的接觸面。

4、在測表面有嚴重麻點和凹坑的工件時，應選用聲阻抗大、黏度高的耦合劑或專用超聲耦合劑。

（5）測厚中出現示值跳躍不定時，不要確定測厚結果，此時可輕微移動探頭，并用手指將探頭壓緊在測點處，待示值穩定不動時方可取值。若示值輕微閃爍跳動，一般應以較小測厚值為準。

二、測厚示值誤差分析及預防措施

1.測厚示值誤差分析：

（1）在用設備大部分表皮已出現銹跡、過于粗糙，導致探頭同接觸面之間無法有效耦合，反射回波低，有時候回波信號都不能夠獲取。

（2）金屬表層由于氧化作用生產的物質或加膜覆蓋層帶來的不良危害。這些材料雖然表面上同基體材料已經有效融合起來，二者間無任何縫隙，然而，終究是不同的物質，使得聲速的具體傳播速度也是各有差異的，由此會導致誤差發生，且誤差范圍也與覆蓋物厚度密切相關。

（3）工件曲率太小，尤其是小徑管測厚時，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）。

（4）探頭接觸面出現損壞跡象。通常情況下，測厚探頭多采用丙烯樹脂，運用時間長了，探頭表面會光滑頓失，不再鋒刃、靈敏，從而無法顯示光滑度。

（5）被測量物表面由于受到腐蝕覆蓋著很多坑體。因為所測量物上含有銹跡、凸凹坑洼，影響了聲波傳遞，造成讀數變化缺乏規律，在一些個別情況下讀數也無法顯示。

（6）所測量的物質中堆著沉積物，如果這些沉積物與工件聲阻抗大體相當時，測厚儀顯示值為壁厚與沉積物厚度之和。

（7）如果材料中有問題，例如：內含夾渣、夾層等等，則顯示值大概在公稱厚度的70%。

（8）溫度帶來的負面影響。通常情況下，溫度越高，金屬材料的聲速則越低，實驗研究顯示：金屬材料溫度每上升100攝氏度，對應的聲速則降低1%。

（9）耦合劑的不良作用。耦合劑主要作用體現在：除掉探頭與所要測量的物體之間的空氣，確保聲波可以更好地走向工件最終實現科學檢測。當所選的耦合劑類型以及使用方法不科學時，則會導致誤差出現，不能測到準確數據。

（10）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，導致過大誤差的出現。

2.測厚示值誤差的預防措施。

（1）科學擇取測厚探頭，對曲面工件測量過程中，為了確保測量更加精確、科學，需要選擇曲面探頭護套、小管徑專用探頭等等；對于溫度較高工件的測量，則要使用與其相適應的、科學的專門探頭，此時要杜絕普通探頭；通過砂紙來磨光出現損傷、劃痕的探頭，維護其平滑、完好無損。倘若狀況不穩定，則要考慮調整、更換探頭。

（2）科學處理要檢測物體的表面，控制其粗糙度，而且也需要祛除膜蓋層，確保其呈現內部金屬發光狀態，確保探頭以及被檢物在耦合劑的作用下，獲得最令人滿意的耦合效果。

（3）科學辨認材料，優選科學的聲速。測量未開始時務必做好各項準備工作。例如：明確所測物材料類型，提前設置聲速。如果是高溫工件，則要參照現實中的溫度，按修正后的聲速預置或按常溫測量后，將厚度值予以修正，要吸取以往教訓，防止出現差錯。

（4）科學運用耦合劑。第一，參照實際狀況來優選類型，確保與其相適應。當發揮光滑作用時，所采用的耦合劑需要粘度較低；對于一些特殊形態的材料表面，例如：質地較為粗糙、形態為垂直等情況下，所采用的耦合劑則要粘度較高。第二，根據科學要求適度使用耦合劑，確保勻稱地涂抹，通常需要把耦合劑涂抹于所測量的材料表面，當測量溫度特殊情況下，則要將其涂抹于探頭上。

結束語

壁厚測定是特種設備定期檢驗的一個重要項目，科學準確的數據是檢驗人員做出正確判斷的前提，所以應盡可能提高壁厚測定的準確性，實際檢測過程中則要采取科學措施，主動開展事前預防工作，預防為先、防患于未然，減少損失。

[1]強天鵬主編《壓力容器檢驗》，新華出版社.

[2]合肥通用機械研究院、《承壓設備無損檢測》JB/T4730-2005：新華出版社.

[3]《接觸式超聲脈沖回波法測厚方法》GB/T 11344-2008中國標準出版社.