38DL PLUS/EPOCH650 奧林巴斯OLYMPUS超聲波測厚儀雙晶探頭測量腐蝕區域的壁厚

應用

在腐蝕檢測應用中使用雙晶探頭測量剩余的金屬壁厚。

問題

幾乎任何由普通結構金屬制成的樣件都容易受到腐蝕。很多行業面臨的一個特別嚴重的問題是對內側可能出現了銹蝕的管道、管件或箱罐的剩余壁厚進行測量。在沒有切割或拆卸管道或箱罐的情況下，僅憑肉眼觀察，通常不能發現這類銹蝕缺陷。結構性鋼梁，特別是橋梁的支柱和鋼樁，也很容易受到腐蝕，而腐蝕就會使這些部件原來的金屬厚度減少。如果出現了腐蝕，卻在相當長的一段時間內沒有被發現，則腐蝕會蔓延，會減弱金屬壁的支撐強度，還可能導致危險的結構性損壞。考慮到安全和經濟兩方面的因素，我們需要對易受腐蝕的金屬管道、金屬箱罐或金屬結構框架進行定期檢測。在這類腐蝕檢測應用中，超聲檢測是一種已經得到廣泛認可的無損檢測方式，而對銹蝕金屬的超聲檢測通常使用雙晶探頭完成。

操作理論

在腐蝕檢測中，操作人員常常會遇到不規則的表面。對不規則表面的檢測，雙晶探頭要優于單晶探頭。所有超聲測厚過程都要計算超聲脈沖在被測材料中往返傳播所需的時間。由于固態金屬的聲阻抗與氣體、液體或腐蝕部位（如：水垢或鐵銹）的聲阻抗不同，聲脈沖會從剩余金屬壁的遠側表面反射回來。檢測儀器的程序使用被測材料的聲速設定，并通過簡單的公式計算出壁厚：距離 = （聲速）×（時間）。

用于腐蝕應用的大多數測厚儀都會測量聲波一次到達底面并返回到表面（在材料中傳播的往返聲程）所用的時間。很多儀器還可以測量多個連續回波之間的時間間隔。在測量帶有較厚漆層或類似涂層的材料壁厚時，這個技術非常實用，不過，在探測點蝕或測量帶有點蝕的管道或箱罐的真實小壁厚時，回波到回波測量不是特別有效。

雙晶探頭包含一組發射晶片和一組接收晶片，這兩組晶片被分別安裝在切有固定屋頂角（與平面呈一定的角度）的延遲塊的兩部分上，這樣發射聲程和接收聲程可以在被測樣件的表面以下交匯在一起。雙晶探頭發出的聲束交匯在一起的設計，會產生一種偽聚焦效果，在腐蝕檢測應用中可以優化小壁厚測量的操作。在捕捉來自可代表小剩余壁厚的點蝕底部的回波方面，雙晶探頭一般比單晶探頭的靈敏度更高。此外，在被測材料的外表面非常粗糙時，雙晶探頭經常可以更有效地完成檢測。陷入粗糙表面上孔洞中的耦合劑會使入射聲束生成長時振鈴界面回波，這種回波會干擾單晶探頭的近表面分辨率。如果使用雙晶探頭進行檢測，接收器的晶片就不太可能選擇這種錯誤的回波。后要說的是，雙晶探頭可用于高溫測量，而單晶接觸式探頭如果在高溫情況下進行測量，則會受到損壞。

檢測設備

有幾種小型手持式超聲測厚儀專門用于腐蝕測量應用。一般來說，這些測厚儀需要與一組的雙晶探頭一起使用完成檢測應用。這組探頭涵蓋了各種厚度范圍和各種溫度條件。在某些關鍵性的應用中，特別是在溫度較高的情況下，用戶可能會要求使用一種超聲波形顯示視圖，以核查是否探測到了有效的回波。38DL PLUS 測厚儀的波形顯示視圖可滿足用戶的這種要求。要了解有關這款儀器的完整信息，請參閱儀器的數據表。另一款于這類檢測的儀器是45MG測厚儀。在腐蝕檢測應用中，雙晶探頭可有效地與探傷儀一起使用。數字式探傷儀，如：奧林巴斯的EPOCH系列（EPOCH 650和EPOCH 6LT探傷儀），不僅可以進行厚度測量，還可以提供波形顯示視圖。

操作步驟

以下所述通用的檢測原理對所有借助雙晶探頭完成的腐蝕測量應用都適用，無論使用的是便攜式測厚儀還是探傷儀。需要牢記的是，在任何情況下，都要根據儀器操作手冊中講述的程序，以正確的方式校準儀器的聲速和零位偏移。

1. 探頭選擇

任何超聲測量系統（探頭加測厚儀，或探頭加探傷儀）都有一個小可測厚度，低于這個限度，就不會完成有效的測量。通常，在生產商的說明文件中會明確標出這個小可測厚度值。隨著探頭頻率的增加，小可測厚度會降低。在腐蝕應用中，小剩余壁厚通常是要測量的參數，因此了解所用探頭的可測厚度范圍至關重要。如果使用雙晶探頭測量一個厚度低于可測小厚度值的樣件，則測厚儀可能會探測到無效回波，而屏幕上可能會錯誤地顯示高的厚度讀數。下面的表中列出了38DL PLUS和45MG測厚儀在使用標準探頭測量鋼材料時可測到的大約小厚度。注意這些數字是約略值。具體應用中確切的小可測厚度值取決于材料聲速、表面條件，以及材料的幾何形狀，而且用戶需通過實驗確定這個厚度值。

*對于半徑等于或低于所規定的小半徑值的樣件，可能需要調整增益，以進行準確的測量。

38DL PLUS/EPOCH650 奧林巴斯OLYMPUS超聲波測厚儀雙晶探頭測量腐蝕區域的壁厚

2. 表面條件

被測樣件外表面松散或剝落的結垢、銹蝕、腐蝕或塵土會影響由探頭向被測材料發出的聲能的耦合效果。因此，在進行測量之前，一定要使用鋼絲刷或銼刀將樣件表面上的這類松散的碎屑清理干凈。一般來說，只要銹蝕區域光滑，且仍然附著在下面的金屬上，我們就可以通過較薄的銹蝕層完成腐蝕區域的厚度測量。某些為粗糙的鑄件或銹蝕的表面可能需要使用銼刀或砂紙打磨成平滑的狀態，以確保獲得適當的聲耦合效果。如果被測表面的漆層非常厚，或者漆層正在從金屬上脫落，則還需要去除漆層。雖然我們經常可以透過薄漆層（大約0.1到0.2毫米）完成標準的腐蝕測量，但是要測量涂有厚漆層的樣件，則需要使用特殊的技術，如：回波到回波或穿透涂層（THRU-COAT）測量功能，因為厚漆層會使信號產生衰減，還可能會生成錯誤回波。管道或箱罐外側表面上的嚴重點蝕會為測量增加難度。在某些粗糙的表面上，使用凝膠或潤滑油，而不是液體耦合劑，有助于聲能在被測樣件中的傳播。在個案中，可能有必要將樣件表面挫磨或打磨得足夠平滑，以使樣件表面*接觸到探頭面。在管道或箱罐外側點蝕很深的測量應用中，通常需要測量點蝕的基底與管道或箱罐的內壁之間的剩余金屬厚度。某些復雜的超聲技術使用聚焦的水浸探頭，可以直接測量從外側點蝕的基底到內壁之間的厚度，但是對于在野外進行的檢測應用，這種技術一般不太實用。常規的技術是以超聲方式測量樣件上不帶點蝕區域的金屬厚度，再以機械方式測量點蝕處的深度，然后再用測得的金屬壁厚減去點蝕深度。此外，還可以將表面挫磨或打磨到點蝕的基底處，再進行正常的測量。在任何較為困難的測量應用中，要確定針對某種被測表面，所用測厚儀加探頭形成的組合系統可以測量的小厚度值，佳的方法就是在實際樣件上進行試驗。

3. 探頭的定位/對齊

要獲得適當的聲耦合效果，探頭必須要嚴密地貼附在被測樣件的表面。在測量小直徑圓柱形樣件時，如：管道，要根據以下要求使探頭接觸樣件的表面：探頭面上可見的聲障材料要與圓柱形樣件的中心軸垂直對齊（參見下圖）。雖然需要用手使勁下壓探頭才能獲得優質讀數，但是一定不要沿著粗糙的金屬表面刮擦探頭或扭動探頭。否則，會刮壞探頭面，而且終會使探頭的性能降低。在粗糙表面上移動探頭的安全方式是每當要進行下一次測量時，將探頭提起，并重新放置在樣件上需要測量的區域，千萬不要將探頭滑動到這個區域。請大家記住，一次超聲檢測所測量的厚度，只是探頭所發出的聲束在樣件的一個位置上測量到的厚度，因此在測量腐蝕樣件時，在不同位置上測量到的壁厚值經常會有很大的不同。檢測程序通常要求操作人員在所定義的區域中進行幾次測量，并確定一個小厚度值和/或一個平均厚度值。理想的操作方法是，在進行多次測量采集厚度值時所使用的增量一定不要超過探頭直徑的一半，這樣有助于確保不會漏查金屬壁中的點蝕缺陷或其它局部厚度的變化。用戶可以根據具體應用的需要，自行定制適當的數據采集模式。對于遭受了嚴重銹蝕或點蝕的材料，可能無法得到這些材料上某些區域的測量讀數。在材料內側表面不規則的情況下可能會測量不到厚度讀數，因為當聲能接觸到不規則的內表面時會散射開來，而沒有被反射回探頭。不能獲得讀數還可能表明樣件的實際厚度超出了所用探頭和儀器的可測厚度范圍。一般來說，不能獲得被測樣件上某一點的有效厚度讀數，說明這一區域的管壁受到了嚴重的損壞，應該通過其它方法完成進一步核查。

4. 高溫測量

在高溫下進行腐蝕測量，需要考慮一些特殊的因素。請注意以下幾點：

• 確保被測樣件的表面溫度不會超出為所用探頭和耦合劑規定的溫度范圍的上限。某些雙晶探頭僅適用于在室內溫度環境中進行測量。
• 要使用適用于操作環境溫度的耦合劑。所有高溫耦合劑在一定的溫度下都會蒸發，留下一層不能傳播聲能的硬性殘留物。我們提供的耦合劑所能承受的高推薦溫度如下： 
   

  工件編號	說明	容量	應用
  B2	甘油	0.06升（2盎司）	一般用途，更粘稠，具有較高的聲阻抗，是用于粗糙表面材料的理想耦合劑。在環境溫度下使用。
  D12	凝膠類	0.35升（12盎司）	用于粗糙的表面、過熱的表面，或豎立的壁面。在環境溫度下使用。
  H-2	高溫	0.06升（2盎司）	當根據制造商推薦的程序要求，在很多開放的環境中使用時，其溫度范圍為-18 °C到400 °C。*
  I-2	高溫	0.06升（2盎司）	溫度范圍為371 °C到538 °C；要了解更詳細的信息，請參考安全數據表。*

  在開放環境進行的典型的UT探傷和測厚應用中，使用薄層耦合劑，可使所形成的少量氣體很快消散。但是，如果非常擔心耦合劑氣體會自燃（這種情況不太會發生），則不應該在超過了安全數據表中規定的自燃溫度時使用這種耦合劑。

• 測量要迅速，而且在進行下一次測量前要使探頭體得到冷卻。高溫雙晶探頭帶有由耐熱材料制成的延遲塊，但是如果持續暴露在高溫度下，探頭的內部會加熱升溫，熱量達到一定程度時會使探頭的粘接部位出現故障，從而使探頭受到損壞。在需要探頭短暫接觸被測表面的檢測應用中，儀器的凍結功能非常有用，因為這個功能可以使讀數保持在屏幕上。
• 需牢記：隨著溫度的變化，材料聲速和探頭零位偏移也會產生變化。要在高溫情況下進行精度很高的測量，應使用一段厚度已知的測試棒進行聲速校準，測試棒的溫度應被加熱到實際被測材料具有的溫度。另一種辦法是使用我們的高級測厚儀，如：38DL PLUS測厚儀，這類儀器裝有一種軟件，軟件經過配置，可以根據已知的溫度變化，自動補償聲速。奧林巴斯的所有腐蝕測厚儀都有一個半自動零位功能，可用于在高溫下調整零位設置。要了解詳細信息，請參閱這款儀器的操作手冊。請參閱其它測厚儀和探傷儀的操作手冊，了解如何在高溫下補償零位偏移的信息。此外，在高溫下測量時，經常需要提高增益。奧林巴斯的所有腐蝕測厚儀都帶有持續調整增益的功能，或者用于此目的的一個增益加強功能。

5. 測厚儀和探傷儀

超聲腐蝕測厚儀的目的是探測和測量來自被測樣件內壁的回波。材料中的不連續性，如：缺陷、裂紋、空隙或分層，可能會產生波幅足以觸發測厚儀報警的回波，從而會表明被測樣件的某個部位存在著不同尋常的壁厚減薄情況。但是，腐蝕測厚儀的設計目的不是為了探測缺陷或裂紋，因此我們不能依靠測厚儀探測材料的不連續性。要正確評估材料的不連續性，則需要由受過正規培訓的操作人員使用一款超聲探傷儀，如：奧林巴斯的EPOCH 6LT或EPOCH 650儀器，對材料進行檢測。一般來說，對于任何腐蝕測厚儀無法解釋的讀數，都需要完成進一步的檢測。

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