分析金屬管道壁厚檢測中超聲波測厚儀和超聲波探傷儀的應用

【摘 要】金屬管道壁厚檢測時及時發現減薄情況、管道缺陷與安全隱患的重要舉措，應用超聲探傷儀和超聲測厚儀可準確判斷減薄程度、管道缺陷具體情況，判斷管道運行安全性。本文介紹了金屬管道壁厚檢測目的，并以超聲探傷儀、超聲測厚儀在金屬管道壁厚檢測中應用的優越性和局限性做了分析，希望能為金屬管道壁厚檢測提供參考。

【關鍵詞】金屬管道；壁厚檢測；超聲測厚儀；超聲探傷儀；局限性

金屬管道在使用過程中因為制造工藝、介質特性等原因可能會在整體或局部上受到磨損、服侍、沖蝕等破壞，致使管壁變得薄弱，從而增加安全運行的危險與隱患。金屬管道運行中如果均勻減薄影響較小，但是若局部出現非均勻減薄現象再加上原有的安全隱患，將會嚴重威脅管道運行安全與效果，所以及時對金屬管道管壁做探傷檢測并排除隱患，是確保管道順利安全運行的重要舉措。下面我們簡單分析下超聲波測厚儀和超聲波探傷儀在金屬管道壁厚檢測中的應用。

一、金屬管道壁厚檢測目的

應用超聲探傷儀和超聲測厚儀檢測金屬管道壁厚，目的是為為了探測管道使用過程中壁厚減薄程度，并以此推測其在一定時期內的減薄總量和減薄速度，判定管道運行安全性，并計算剩余厚度以及其強度能夠滿足使用需求。

二、金屬管道壁厚檢測方法

目前隨著多種無損檢測方法的應用，金屬管道壁厚檢測相關儀器種類和方法多種多樣，就目前而言，超聲波探傷儀和超聲波測厚儀是應用最為廣泛且效果較好的兩種方法。

（一）超聲波測厚儀的應用

超聲波測厚儀靈敏度高、穩定性好、工作可靠、操作簡便，是低功耗、袖珍式、智能化儀器，廣泛應用于電力、石油、化工、冶金、機械、船舶等部門檢測管道、鍋爐和壓力容器的壁厚，是設備安全運行的保障。以脈沖反射式為例，脈沖反射式超聲測厚儀利用超聲波脈沖在材料中傳播往返時間、聲速、聲程之間的關系來檢測待檢物件厚度。由于其攜帶輕便、小巧，測量速度快、準確率高，可借由數字管直接顯示結果，所以目前廣泛應用于多個領域，尤其是需要大量采集數量的場合，其應用優點更為顯著。

超聲波測厚儀在測量金屬管道壁厚時，需注意雙晶探頭的放置必須使隔聲層垂直于管道軸線并與管壁正交，如此放置才能夠得到最準確可靠的厚度顯示數據。當測厚結果與預想值之間差異較大時，要分析造成誤差的原因，觀察是否存在缺陷反射或者成倍讀數等問題，通過同一儀器的多次測量和不同輔助儀器的反復測量進行對比，借此發現問題并及早解決問題[1]。如果在測厚現場遇到難以識別的未知聲速材質，可在與管壁材質相同且厚度已知的材料部件上做聲速校檢，從而獲得聲速數據，方便測厚工作。測厚結束時針對儀器所顯示聲速與被檢材質聲速不同情況，使用公式做校正：其中 代表實際管壁厚度，為設定聲速下所得厚度值，C為實際聲速，為儀器測定聲速，單位均為（）。

超聲波測厚儀的眾多優勢奠定了其在應用領域的優勢地位，但是在具體檢測中，也存在著一些使用限制，并非能夠檢出所有形式的金屬壁厚減薄情況。這是由于測厚儀接收被檢物體的反射脈沖信號有一個可被儀器識別處理的下限值，并非每一個被檢測并反饋回來的反射脈沖信號波可被放大、計算并顯示。比如金屬管道內壁有較小的腐蝕點或對聲波構成發散的形狀缺陷，在檢測過程中靈敏度就會受到干擾，眾多應用實踐結果也證明了反射聲能<的任何形式的后壁減薄當量缺陷都難以檢出[2]。像這種情況，在金屬后壁減薄檢測時，很可能會出現靠近測點時局部減薄較深的情況，這類缺陷目前因為超聲測厚儀缺陷無法發現也無法解決，因此只能依靠其他輔助手段來彌補，以減少超聲測厚儀應用缺陷帶來的干擾。常見的兩種影響管壁測厚的缺陷形式見圖1。

圖1 常見的兩種影響管壁測厚的缺陷形式

（二）超聲探傷儀的應用

超聲探傷儀作為最常用的無損探傷方法，作用原理基本上與超聲測厚儀相同，都是利用超聲波本身對金屬材料的特殊反饋性質完成探測，在不同介質上的反射特點代表著不同介質的厚度和缺陷情況，所以，金屬管道壁厚檢測中應用超聲探傷儀有積極效果。在金屬管道壁厚檢測中，超聲探傷儀多選用高頻小晶片縱波直探頭，超聲波檢測到金屬管道表面的耦合劑后通過其傳入工件，通過在工件內傳播并反饋給探頭，聲波信號轉化為電訊號進入電路，最終形成反應缺陷的反射波，也成為傷波。在超聲探傷儀應用中，缺陷距離和大小的計算主要是根據反饋回來的傷波、始波情況與工件缺陷之間的距離，獲得較為理想的檢測效果[3]。超聲波探傷儀檢測金屬管道管壁情況可以根據管徑大小和厚度情況選擇不同直徑探頭，需要注意的是，在實際檢測中，可先用完好均勻的管壁測試靈敏度，確保內壁一次回波達到80%f.s左右，然后確保多次底波呈均勻遞減形式，再掃查管壁動態波形變化情況，通過美國包絡線形狀、波形間距與幅值等判斷管壁缺陷情況。

探傷儀雖然不比測厚儀讀數方便、顯示快速，但是通過利用合適的晶片尺寸探頭掃查管壁，可根據波形特點定性了解管壁厚度和缺陷狀態，判斷其處于均勻減薄狀態還是非均勻減薄缺陷，同時掃查嚴重減薄區域了解情況。當管壁減薄呈均勻狀態時，反射回波等間距、波幅呈線性遞減，根據相鄰回波間間距即可得到管壁厚度，反之，如果管壁存在嚴重缺陷如點狀或片狀腐蝕、凹槽等，則反射回波較為混亂，波形移動變化大。應用超聲探傷儀檢測金屬管壁不同情況波形表現具體見圖2。

不過由于某些金屬管道管壁缺陷反射當量小但深度值較大，超聲測厚儀與超聲探傷儀應用效果都較差，容易形成漏點，為彌補這些問題，應當在檢測中應用射線照相法輔助管理缺陷檢測，從而減少失誤率，及時發現管道管壁缺陷，并及時予以處理。考慮到射線照相法耗時長、成本高等情況，只作為超聲測厚儀與探傷儀的輔助配合檢測收單，用以發現某些隱藏缺陷，對管壁減薄情況進行確認。

圖 2 應用超聲探傷儀檢測金屬管壁不同情況波形表現

綜上所述，應用超聲測厚儀和超聲探傷儀檢測金屬管道后壁減薄情況具有多重優越性，但是同時也存在一定使用限制，在應用中要善于發揮超神測厚儀測量準確、速度快優勢和超聲探傷儀檢測缺陷精確度高的優勢，服務金屬管道壁厚減薄檢測，提升管道運作的安全性。

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