導波檢測鋼板下表面腐蝕區域及連續測厚法測定最小壁厚

楊育偉　朱 穩　黎 明

（西安特種設備檢驗檢測院　西安　710065）

導波檢測鋼板下表面腐蝕區域及連續測厚法測定最小壁厚

楊育偉朱 穩黎 明

（西安特種設備檢驗檢測院西安710065）

本文討論了超聲波導波對鋼板下表面腐蝕區域快速定位及連續測厚法準確測定其最小壁厚的檢測方法，并通過試驗測試驗證了上述檢測方法的準確性和有效性，從而為不能進入內部的壓力容器、內表面被覆蓋層或構件覆蓋的壓力容器及大型原油儲罐底板下表面的腐蝕檢測提供了一種有效的檢測方法。

導波連續測厚鋼板下表面腐蝕區域最小壁厚

測定最小壁厚以確定容器的承壓能力是壓力容器定期檢驗必須進行的檢驗項目。但對于不能進入內部的壓力容器以及內表面被覆蓋層或構件覆蓋的壓力容器，因其內表面腐蝕部位看不見，最小壁厚可能測不準。另外，大型原油儲罐底板下表面腐蝕檢測時也存在同樣的問題。下面通過對試板的檢測試驗來討論導波定位、連續測厚定量的檢測方法。

1　導波檢測確定腐蝕區域

1.1檢測方法

在無限均勻介質中傳播的波稱為體波，體波有兩種，即縱波和橫波。它們以各自的特征速度傳播而無波形耦合。但在一彈性半空間表面處，超聲波將產生一次反射或透射并發生波形轉換。若一個彈性半空間被平行于表面的另一個平面所截，從而使其厚度方向成為有界，這就構成了一個無限延伸的彈性平板。位于板內的縱波、橫波將會在兩個平行邊界上產生多次反射并產生復雜的波形轉換和復雜的干涉，同時沿平行板面的方向行進。沿平行的邊界制導超聲波在板內的傳播，這樣的一個系統稱為平板波導［1］。在此平板波導中傳播的超聲波即板中的導波，見圖1。

圖1　板中的導波

導波在介質中傳播時，如果波導界面不連續，即存在裂紋、圓孔等缺陷，就會發生散射以及導波模態的轉換，產生攜帶結構缺陷信息的反射回波，如圖2所示。

圖2　導波在管道局部減薄區域的反射

導波雖然不易確定介質缺失的量，但可以確定介質缺失的位置，因此該技術對腐蝕減薄區域快速定位是有效的檢測方法［2］。

1.2檢測試驗

導波檢測儀： ISONIC 2009 UPA-Scope便攜式多功能超聲相控陣導波檢測系統、導波探頭：CU108。

試塊：試塊尺寸為1200mm×500mm×10mm，誤差±0.2mm，材質Q235B，試塊由山東濟寧模具廠加工。試塊上有3組人工缺陷，分別為缺陷1、缺陷2和缺陷3，見圖3。缺陷1為φ5mm×5mm的單孔，缺陷2和缺陷3則為兩組如圖4所示的密集群孔。

圖3　試塊尺寸和人工缺陷位置及導波檢測方向和探頭移動方向示意圖（mm）

圖4　缺陷2、缺陷3群孔尺寸及分布

群孔中各平底孔的位置及數量如圖4所示，各平底孔的尺寸分別為φ1×1mm、φ1×2mm、φ2×3mm、φ2×5mm、φ3×3mm、φ3×5mm、φ5×3mm、φ5×5mm。

●1.2.1 調試導波聲速、探頭延時調節掃描速度

首先預設聲速3200m/s、探頭延時為0μs。以試塊邊沿為反射體，設定距試塊邊沿100mm和200mm處為基準位置。將探頭放置在200mm處，調節聲速，使回波聲程顯示為200mm，再將探頭放置在100mm處，調節探頭延時，使回波聲程顯示為100mm。如此反復直至兩處的顯示聲程分別為100mm和200mm時即調試完畢，此時掃描速度即為導波聲程1∶1。實測導波聲速V導=2240m/s，探頭延時t0=21.80μs。

●1.2.2檢測靈敏度設定

以該試塊的最大聲程（探頭前沿距試塊邊沿1148mm）邊沿回波的80%（70.5dB）為檢測靈敏度。

●1.2.3試塊檢測

探頭放置于試塊背面（無孔一面）左下角，沿試塊的短邊自左向右平移掃查，見圖3。

掃查時采用編碼器定位，檢測結果成像見圖5。

圖5　超聲波導波掃描試塊成像圖

圖5中橫坐標即探頭移動的距離，縱坐標即距探頭前端的位置，缺陷1、缺陷2和缺陷3為3處缺陷影像（該圖在導波檢驗儀是可連續伸展的一幅圖，但電腦截圖只能截成兩幅圖，兩幅圖中的橫坐標可準確對應）。圖5中可見，不論是單孔（缺陷1）還是密集群孔（缺陷2和缺陷3），缺陷影像均為一個區域。3處缺陷影像的檢測顯示坐標及試塊上3個缺陷的實際坐標見表1。3個缺陷的檢測顯示區域左下角坐標和范圍分別（17.0，139.3）/57.1×60.6，（19，466）/212.4×102.9和（257.5，314.9）/208×102.9，見圖6。

表1　缺陷區域檢測顯示坐標與實際坐標

圖6　缺陷的檢測顯示區域和實際區域及連續測厚起始0點和探頭移動方向示意圖（mm）

從表1和圖6可知，3個缺陷的檢測顯示區域均包含了試塊上對應的缺陷實際區域，可見，導波檢測對腐蝕區域定位快速有效。

2　連續測厚法測定腐蝕區域最小壁厚

2.1檢測方法

超聲波連續測厚法［3］，即在檢測區域沿平行線或其他掃查線連續緩慢移動探頭，同時按探頭移動的方位連續記錄所測數據，數據中的最小值即為最小壁厚。也可采用超聲波C掃描檢測方法，超聲波C掃描法即計算機化的連續測厚法，檢測區域的測厚結果形成C掃描圖像，以不同顏色顯示不同的厚度。

2.2試塊檢測

測厚儀：HCH-3000F、精度：0.01mm。采用連續測厚法，以缺陷檢測顯示區域左上角為檢測坐標起始0點，對上述3個缺陷檢測顯示區域以適當間隔的平行線進行連續測厚。探頭在缺陷檢測顯示區域沿某一平行線自左向右移動并記錄一組測厚數據的橫向位置分別用X1，X2，···，Xn表示，缺陷檢測顯示區域自上而下的一組平行線的縱向位置分別用Y1，Y2，···，Yn表示，見圖7。連續測厚結果見表2、表3和表4。

圖7　缺陷檢測顯示區域連續測厚示意圖

表2　缺陷1檢測顯示區域連續測厚數據

表3　缺陷2檢測顯示區域連續測厚數據

如前所述，試塊厚度為10mm，各尺寸允許誤差為±0.2mm。將試塊不同深度單孔或群孔尺寸、對應區域最小厚度范圍和對應缺陷檢測顯示區域測厚結果見表5。

表4　缺陷3檢測顯示區域連續測厚數據

缺陷1（單孔）　缺陷2（群孔）　缺陷3（群孔）試塊尺寸　檢測顯示區域實測最小厚度試塊尺寸　檢測顯示區域實測最小厚度平底孔尺寸對應區域最小厚度范圍平底孔尺寸對應區域最小厚度范圍平底孔尺寸試塊尺寸　檢測顯示區域實測最小厚度對應區域最小厚度范圍φ5×5　4.8～5.2　4.8 4.9 φ1×1 φ1×2 φ2/φ3/φ5×3 φ2/φ3/φ5×5 8.8～9.2 7.8～8.2 6.8～7.2 4.8～5.2 9.0 9.0 8.0 8.1 7.0 7.1 4.8 4.9 5.0 φ1×1 φ1×2 φ2/φ3/φ5×3 φ2/φ3/φ5×5 8.8～9.2 7.8～8.2 6.8～7.2 4.8～5.2 9.0 8.1 8.1 6.9 7.0 7.1 7.2 4.8 4.9 5.0 5.1

從表5可知，試塊上單孔和群孔對應檢測顯示區域實測厚度均在該區域厚度范圍之內。缺陷1、缺陷2、缺陷3檢測顯示區域的最小壁厚實測值分別為4.8mm、5.2mm、4.9mm，與試塊上對應厚度相符。

3　總結

從上述實驗可知，導波快速定位加連續測厚準確定量的檢測方法對鋼板下表面腐蝕區域最小壁厚的測定是準確有效的，為測定不能進入內部的壓力容器的最小壁厚提供了一種檢測方法。

［1］王智.超聲導波技術及其在管道無損檢測中的應用研究［D］.北京：北京工業大學，2002：9-12.

［2］孔雙慶.管道超聲導波檢測的數值模擬和實驗研究［D］.大連：大連理工大學，2011：12-13.

［3］楊育偉.超聲波連續測厚法檢測壁厚“增值”和“減薄”的應用［J］.中國特種設備安全，2010，26（1）：31-34.

Positioning the Surface Corrosion Area under Steel Plate by Ultrasonic Guidewave and Measuring the Thinnest Wall Thickness by Uninterrupted Thickness Measurement

Yang YuweiZhu WenLi Ming
（Xi'an Special Equipment Inspection InstituteXi'an710065）

This paper discussed the inspection methods of positioning the surface corrosion area under steel plate by ultrasonic guidewave and measuring the thinnest wall thickness by uninterrupted thickness measurement， and verified its correctness and efficiency by the inspection test. The inspection results showed that the proposed method is reliable and efficient to accurately detect the pressure vessel corrosion， which cannot enter the body， the inner surface is covered by coating， or lower surface of large crude oil storage tank bottom.

Ultrasonic guidewaveUninterrupted thickness measurementSurface corrosion area under steel platethe thinnest wall thickness

X924.2

B

1673-257X（2016）08-0028-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.007

楊育偉（1961～），男，本科，高級工程師，從事承壓特種設備檢驗檢測工作。

2016-02-14）