超聲波測厚儀在壓力容器厚度檢測的應(yīng)用(一)

10.1 測定范圍
表9-10 缺陷按指示長度分級表 mm

注：當(dāng)對接焊縫兩側(cè)板厚不同時．以較薄者為準(zhǔn)。
本章適用于采用數(shù)字直讀式超聲波測厚儀或A型脈沖反射式超聲波探傷儀對壓力容器板材、封頭、筒體和接管厚度進(jìn)行的超聲測定。
10.2 幾種主要材料的聲速范閣
幾種主要材料的聲速范圍，見表10-1。使用時，如有必要，應(yīng)對材科進(jìn)行實(shí)際聲速測定。
表10 -1 幾種主要材料的聲速 m／s

10.3 儀器及探頭
10.3.1 超聲波測厚儀的精度應(yīng)達(dá)到±(T％十0．1)mm，T為壁厚。

10.3.2 超聲測厚通常采用直接接觸式單晶直探頭，也可采用帶延遲塊的單晶直探頭和雙晶直探頭。

10.3.3 高溫試件的壁厚測定需用特殊高溫探頭。

10.4 校正試塊

10.4.1 試塊的基本要求和尺寸見圖10—1。

10.4.2 測定曲面工件厚度時，應(yīng)使用同一曲率的試塊，或者對平面試塊加以修正。

10.5 耦合劑

應(yīng)根據(jù)被測件的表面狀況及聲阻抗，選用無氣泡、粘度適宜的耦臺劑，如甘油、機(jī)油、硅膠、水玻璃和漿糊等。若工件表面粗糙，則應(yīng)選擇比較稠的耦臺劑。

10.6 儀器校正

10.6.1 超聲波測厚儀的校正

a. 采用臺階試塊，分別在厚度接近待測厚度的*大值和待測厚度的*小值(或待測厚度*大值的1／2)進(jìn)行校正。

b.將探頭置于較厚試塊上，調(diào)整“聲速校正”旋鈕，使測厚儀顯示讀數(shù)接近已知值。

c.將探頭置于較薄的試塊上，調(diào)整“零位校正”旋紐，使測厚儀顯示讀數(shù)接近已知值。

d.反復(fù)調(diào)整，使量程的高低兩端都得到正確讀數(shù)，儀器即告調(diào)試完畢。

e.若已知材料聲速，則可預(yù)先調(diào)好聲速值，然后在儀器附帶的試塊上，調(diào)節(jié)“零位校正”旋鈕，使儀器顯示水為試塊的厚度，儀器即調(diào)試完畢。

10.6.2 超聲波探傷儀的校正

a.同10.6.1 a。

b.探頭置于較厚試塊上，調(diào)節(jié)儀器“掃描范圍”旋鈕．直到底面回波出現(xiàn)在相應(yīng)刻度位置上。

c.探頭置于較薄試塊上，調(diào)節(jié)儀器“延遲掃描”旋鈕，直到底面回波出現(xiàn)在相應(yīng)刻度位置上。

d.反復(fù)調(diào)整，直到在厚，薄試塊上的底面回波均出現(xiàn)在正確的刻度位置，儀器即告調(diào)整完畢。

10.7 測定準(zhǔn)備

測定面上存在的浮銹、鱗皮或部分脫離的涂膜應(yīng)進(jìn)行清洗，必要時可用砂輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)男弈ァ?

10.8 測定方法

在測定點(diǎn)只進(jìn)行一次測定的方法，一般適用于單晶直探頭的場合。

10.8.2 二次測定法

在用雙晶直探頭測定時，將分割面的方向轉(zhuǎn)動90°，在同一測定點(diǎn)測兩次的測定方法。測定值以小的數(shù)值為準(zhǔn)。

10.8.3 ф30mm多點(diǎn)測定法

當(dāng)測定值不穩(wěn)定時，以一個測定點(diǎn)為中,心在30mm的范圍內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)測定。測定值以*小值為HE。

10.8.4 管子壁厚的測定方法

單直探頭測定時，應(yīng)使探頭中心線與管軸中心線相垂直，并通過管鈾中心，使用雙晶直探頭測定時，探頭分割線必須與管軸中心線垂直。

10.9 測定值異常時的處理

在采用超聲調(diào)厚儀測定時．有時會出現(xiàn)異常值，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?

10.9.1 沒有顯示值

若工件曲率半徑太小或背面有大量點(diǎn)腐蝕時，測厚儀會沒有顯示值，這時應(yīng)采用超聲波探傷儀進(jìn)行輔助測定。

10.9.2 顯示值為實(shí)際厚度的兩倍左右

工件壁厚小于3mm，且背面比較光滑．為避免測厚儀的顯示值有時為實(shí)際厚度的兩倍，這時應(yīng)采用小測距探頭或?qū)Ｓ锰筋^。

10.9.3 顯示值比實(shí)際厚度小

當(dāng)存在夾雜、夾層等內(nèi)部缺陷時，測厚儀顯示值常小于公稱厚度的70％，這時應(yīng)采用超聲探傷儀對測定點(diǎn)周圍進(jìn)行檢測，確認(rèn)是否是受缺陷的影響，探頭可采用直探頭或斜探頭。

10.10 報告

報告至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：

a.工件名稱、材質(zhì)、編號、委托單位；

b.儀器型號、探頭、試塊、耦合劑、測定方法；

G.測量部位和數(shù)據(jù)、測量部位草圖、測量數(shù)據(jù)的*大值和*小值，

d.操作人員、校核人員；

e.測定日期。

二、超聲波測厚度的原理

超聲波檢測厚度的方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等?，F(xiàn)在主要采用的為脈沖回波法檢測厚度的工作原理 。

超聲波探頭與被測物體表面接觸。主控制器控制發(fā)射電路，使探頭發(fā)出的超聲波到達(dá)被測物體底面反射回來，該脈沖信號又被探頭接收，經(jīng)放大器放大加到示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上。標(biāo)記發(fā)生器輸出時間標(biāo)記脈沖信號，同時加到該垂直偏轉(zhuǎn)板上。而掃描電壓則加在水平偏轉(zhuǎn)板上。因此，在示波器上可直接讀出發(fā)射與接收超聲波之間的時間間隔t。被測物體的厚度h為:

 h＝ct/2

式中 c——超聲波的傳播速度。

我國 主要采用集成電路制成數(shù)字式超聲波測厚儀，其體積小到可以握在手中，重量不到1kg，精度可達(dá)0.01mm，例如：時代集團(tuán)的TT100超聲波測厚儀、TT300超聲波測厚儀.

超聲波測厚儀測量為什么要用耦合劑？

超聲波在遇到空氣時會急劇衰減掉，為了讓排出掉超聲波探頭和工件之間的空氣，采用超聲波耦合劑去除。通常在工廠測量比較光滑的工件表面采用一般機(jī)油或其他無腐蝕的液體即可，比較粗糙的表面可采用比較粘稠的黃油，測量完畢一定要把探頭表面以及標(biāo)準(zhǔn)塊表面耦合劑擦除掉。

測量高溫管道為什么要高溫耦合劑？

一般耦合劑在接觸高溫物體時，會瞬間蒸發(fā)或干結(jié)掉，這樣超聲波就很難達(dá)到被測工件，高溫耦合劑就是在一定高溫狀態(tài)下他的物體特性不會發(fā)生變化，這樣就會順利測量高溫物體。

三、什么是超聲波

超聲

ultrasonic(ultrasound)

聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量調(diào)查，取整數(shù)20000赫)時，

人們就覺察不出聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。

超聲波的特點(diǎn)

束射特性

由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且．遵守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射，也就是要

改變它的傳插方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射也愈大。

吸收特性

聲波在各種物質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，強(qiáng)度會漸進(jìn)減弱，這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉它的能量。

對于同一物質(zhì)，聲波的頻率越高，吸收越強(qiáng)。

對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收*歷害，在液體中傳播時吸收比較弱，在固體中傳播時吸收*小。

超聲波的能量傳遞特性

超聲波所以往各個工業(yè)部門中有廣泛的應(yīng)用，主要之點(diǎn) 還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。為什么有強(qiáng)大的功率呢?因?yàn)楫?dāng)聲波到達(dá)某一物資中時，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率—樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波可以高很多，所以它可以使物資分子獲得很大的能量；換句話說，超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。

超聲波的聲壓特性

當(dāng)聲波通入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。

由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯諸的聲壓作用、例如當(dāng)水中通過一般強(qiáng)度的超聲波時，產(chǎn)生的附加壓力可以達(dá)到好幾個大氣壓力。液體中存起著如此巨大的聲壓作用，就 會引起值得注意的現(xiàn)象。當(dāng)超聲波振動使液體分子壓縮時，好象分子受到來直四面八方的壓力；當(dāng)超聲波振動使液體分子稀疏時，好象受到向外散開的拉力，對于液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在受到壓縮力的時候；不大會產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下，液體就會支持不了,在拉力集中的  地方，液體就會斷裂開來，這種斷裂作用特別容易發(fā)生在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的地方，因?yàn)檫@些地方液體的強(qiáng)度特別低，也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。由于發(fā)生斷裂的結(jié)果，液體中會產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔，這種空泡存在的時間很短，一瞬時就會閉合起來?？涨婚]合的時候會 產(chǎn)生很大的瞬時壓力，一般可以達(dá)到幾千甚至幾萬個大氣壓力。液體在這種強(qiáng)大的瞬時壓力作用下，溫度會驟然增高。 斷裂作用所引起的互大瞬時壓力，可以使浮懸在液體中 的固體表面受到急劇破壞。我們常稱之為空化現(xiàn)象。

超聲波的應(yīng)用具有以下的特點(diǎn)：

1.超聲波具有較好的指向性——頻率越高，指向性越強(qiáng)。這在諸如探傷和水下聲通訊等應(yīng)用場合是主要的考慮因素。

2.頻率高時，相應(yīng)地波長將變短，因而波長可與傳播超聲波的試樣材料的尺寸相比擬，甚至波長可遠(yuǎn)小于試樣材料

的尺寸．這在厚度尺寸很小的測量應(yīng)用中以及在高分辨率的探傷應(yīng)用中是非常重要的。

3.超聲波用起來很安靜，人們聽不到它。這一點(diǎn)在高強(qiáng)度工作場合尤為重要。這些高強(qiáng)度的工作用可聞頻率的聲波

來完成時往往更有效，然而遺憾的是，可聞聲波工作時所產(chǎn)生的噪聲令人難以忍受，有時甚至是對人體有害的。

超聲波清洗身手不凡

      近10年來，超聲波清洗設(shè)備正在朝兩個方面發(fā)展。其一是，各種類型的多缸或傳動鏈?zhǔn)交蛏凳匠暻逑瓷a(chǎn)線相繼面市；其二是，低頻超聲波清洗機(jī)向高頻超聲波清洗機(jī)的發(fā)展。在美國、日本、歐洲以及亞太市場上，多缸式超聲波清洗設(shè)備總量已呈明顯上升之勢，高達(dá)總量的50％，而多工位半自動、全自動傳動鏈?zhǔn)交蛏凳匠暡ㄇ逑淳€體設(shè)備也已上升到總量的40％以上。

      我國超聲波清洗技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了較好的成效。一是機(jī)械零部件在電鍍前后的清洗或噴涂前的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，如油泵油嘴偶件、軸承、制動器、燃油過濾器、閥門的清洗。二是印制電路板、硅片、晶片、元器件殼、座、鐵路系統(tǒng)用的信號控制繼電器、元器件、連接件、顯像管以及電真空器件等的清洗。三是眼鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、瞄準(zhǔn)具等光學(xué)系統(tǒng)及取樣玻璃片的清洗。四是醫(yī)用器具、食品、制藥、生化等試驗(yàn)中所用各種瓶罐的清洗。五是噴絲頭、精密模具、精密橡膠件、珠寶工藝品等的清洗。

      我國現(xiàn)有各類超聲波清洗設(shè)備制造企業(yè)近40家，但其分布主要集中在東南沿海地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計資料，沿海地區(qū)的廠家占國內(nèi)總數(shù)的85％，可見經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對超聲波清洗技術(shù)的應(yīng)用不但在先，而且廣泛，普及程度高，同時，這又證明超聲波清洗技術(shù)在中西部地區(qū)推廣普及的前景十分廣闊。就產(chǎn)品水平而言，當(dāng)代產(chǎn)品與20世紀(jì)70—80年代的產(chǎn)品相比，技術(shù)進(jìn)步也十分明顯。

    近年來，由于對汽車制動器生產(chǎn)線、冰箱壓縮機(jī)生產(chǎn)線的傳統(tǒng)清洗工藝實(shí)行技術(shù)改造，擬采用超聲波清洗工藝。在國外汽車底盤架、轎車外殼噴涂前的超聲波清洗，配合專用清洗液，將除銹、去氧化膜及磷化一次清洗處理完成，烘干后即可噴漆等都有了新的應(yīng)用和發(fā)展。

      美國Advanced Sonic Proctssing Svstems公司，推出一系列大量清洗煤或貴金屬礦物的設(shè)備，例如清洗金屬顆粒礦物質(zhì)表面的泥土、膠體類物質(zhì)，使化學(xué)劑發(fā)揮更好的作用；洗煤粉除灰去硫等，處理率為每小時十幾噸。

      美國Dvpont公司在新澤西州制藥廠的應(yīng)用報告稱：超聲波清洗能除去反應(yīng)罐或化學(xué)處理桶殼表面的污物，比用普通方法節(jié)約能源，費(fèi)用低且減少環(huán)境污染，清洗過程簡單，只要在溶器中灌滿水，加熱到65℃，并加入2％的表面活性劑，進(jìn)行處理2—4h，即可清洗干凈。

      歐洲的一些廠家曾清洗過9．1m3的罐，以前用甲醇加熱到沸點(diǎn)一次處理4—8h，總共要進(jìn)行5次清洗