超声波测厚仪在压力容器厚度检测的应用(一)

超声波测厚仪在压力容器厚度检测的应用(一)

10.1 测定范围
表9-10 缺陷按指示长度分级表 mm

注：当对接焊缝两侧板厚不同时．以较薄者为准。
本章适用于采用数字直读式超声波测厚仪或A型脉冲反射式超声波探伤仪对压力容器板材、封头、筒体和接管厚度进行的超声测定。
10.2 几种主要材料的声速范阁
几种主要材料的声速范围，见表10-1。使用时，如有必要，应对材科进行实际声速测定。
表10 -1 几种主要材料的声速 m／s

10.3 仪器及探头
10.3.1 超声波测厚仪的精度应达到±(T％十0．1)mm，T为壁厚。

10.3.2 超声测厚通常采用直接接触式单晶直探头，也可采用带延迟块的单晶直探头和双晶直探头。

10.3.3 高温试件的壁厚测定需用特殊高温探头。

10.4 校正试块

10.4.1 试块的基本要求和尺寸见图10—1。

10.4.2 测定曲面工件厚度时，应使用同一曲率的试块，或者对平面试块加以修正。

10.5 耦合剂

应根据被测件的表面状况及声阻抗，选用无气泡、粘度适宜的耦台剂，如甘油、机油、硅胶、水玻璃和浆糊等。若工件表面粗糙，则应选择比较稠的耦台剂。

10.6 仪器校正

10.6.1 超声波测厚仪的校正

a. 采用台阶试块，分别在厚度接近待测厚度的*大值和待测厚度的*小值(或待测厚度*大值的1／2)进行校正。

b.将探头置于较厚试块上，调整“声速校正”旋钮，使测厚仪显示读数接近已知值。

c.将探头置于较薄的试块上，调整“零位校正”旋纽，使测厚仪显示读数接近已知值。

d.反复调整，使量程的高低两端都得到正确读数，仪器即告调试完毕。

e.若已知材料声速，则可预先调好声速值，然后在仪器附带的试块上，调节“零位校正”旋钮，使仪器显示水为试块的厚度，仪器即调试完毕。

10.6.2 超声波探伤仪的校正

a.同10.6.1 a。

b.探头置于较厚试块上，调节仪器“扫描范围”旋钮．直到底面回波出现在相应刻度位置上。

c.探头置于较薄试块上，调节仪器“延迟扫描”旋钮，直到底面回波出现在相应刻度位置上。

d.反复调整，直到在厚，薄试块上的底面回波均出现在正确的刻度位置，仪器即告调整完毕。

10.7 测定准备

测定面上存在的浮锈、鳞皮或部分脱离的涂膜应进行清洗，必要时可用砂轮进行适当的修磨。

10.8 测定方法

在测定点只进行一次测定的方法，一般适用于单晶直探头的场合。

10.8.2 二次测定法

在用双晶直探头测定时，将分割面的方向转动90°，在同一测定点测两次的测定方法。测定值以小的数值为准。

10.8.3 ф30mm多点测定法

当测定值不稳定时，以一个测定点为中,心在30mm的范围内进行多点测定。测定值以*小值为HE。

10.8.4 管子壁厚的测定方法

单直探头测定时，应使探头中心线与管轴中心线相垂直，并通过管铀中心，使用双晶直探头测定时，探头分割线必须与管轴中心线垂直。

10.9 测定值异常时的处理

在采用超声调厚仪测定时．有时会出现异常值，必须进行适当的处理。

10.9.1 没有显示值

若工件曲率半径太小或背面有大量点腐蚀时，测厚仪会没有显示值，这时应采用超声波探伤仪进行辅助测定。

10.9.2 显示值为实际厚度的两倍左右

工件壁厚小于3mm，且背面比较光滑．为避免测厚仪的显示值有时为实际厚度的两倍，这时应采用小测距探头或专用探头。

10.9.3 显示值比实际厚度小

当存在夹杂、夹层等内部缺陷时，测厚仪显示值常小于公称厚度的70％，这时应采用超声探伤仪对测定点周围进行检测，确认是否是受缺陷的影响，探头可采用直探头或斜探头。

10.10 报告

报告至少应包括以下内容：

a.工件名称、材质、编号、委托单位；

b.仪器型号、探头、试块、耦合剂、测定方法；

G.测量部位和数据、测量部位草图、测量数据的*大值和*小值，

d.操作人员、校核人员；

e.测定日期。

二、超声波测厚度的原理

超声波检测厚度的方法有共振法、干涉法、脉冲回波法等。现在主要采用的为脉冲回波法检测厚度的工作原理 。

超声波探头与被测物体表面接触。主控制器控制发射电路，使探头发出的超声波到达被测物体底面反射回来，该脉冲信号又被探头接收，经放大器放大加到示波器垂直偏转板上。标记发生器输出时间标记脉冲信号，同时加到该垂直偏转板上。而扫描电压则加在水平偏转板上。因此，在示波器上可直接读出发射与接收超声波之间的时间间隔t。被测物体的厚度h为:

 h＝ct/2

式中 c——超声波的传播速度。

我国 主要采用集成电路制成数字式超声波测厚仪，其体积小到可以握在手中，重量不到1kg，精度可达0.01mm，例如：时代集团的TT100超声波测厚仪、TT300超声波测厚仪.

超声波测厚仪测量为什么要用耦合剂？

超声波在遇到空气时会急剧衰减掉，为了让排出掉超声波探头和工件之间的空气，采用超声波耦合剂去除。通常在工厂测量比较光滑的工件表面采用一般机油或其他无腐蚀的液体即可，比较粗糙的表面可采用比较粘稠的黄油，测量完毕一定要把探头表面以及标准块表面耦合剂擦除掉。

测量高温管道为什么要高温耦合剂？

一般耦合剂在接触高温物体时，会瞬间蒸发或干结掉，这样超声波就很难达到被测工件，高温耦合剂就是在一定高温状态下他的物体特性不会发生变化，这样就会顺利测量高温物体。

三、什么是超声波

超声

ultrasonic(ultrasound)

声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象。当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限(根据大量调查，取整数20000赫)时，

人们就觉察不出声的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。

超声波的特点

束射特性

由于超声波的波长短，超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射，也能聚焦，而且．遵守几何光学上的定律。即超声波射线从一种物质表面反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射，也就是要

改变它的传插方向，两种物质的密度差别愈大，则折射也愈大。

吸收特性

声波在各种物质中传播时，随着传播距离的增加，强度会渐进减弱，这是因为物质要吸收掉它的能量。

对于同一物质，声波的频率越高，吸收越强。

对于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收*历害，在液体中传播时吸收比较弱，在固体中传播时吸收*小。

超声波的能量传递特性

超声波所以往各个工业部门中有广泛的应用，主要之点 还在于比声波具有强大得多的功率。为什么有强大的功率呢?因为当声波到达某一物资中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和声波频率—样，分子振动的频率决定了分子振动的速度。频率愈高速度愈大。物资分子由于振动所获得的能量除了与分子的质量有关外，是由分子的振动速度的平方决定的,所以如果声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波可以高很多，所以它可以使物资分子获得很大的能量；换句话说，超声波本身可以供给物质足够大的功率。

超声波的声压特性

当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生压缩和稀疏的作用，将使物质所受的压力产生变化。由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。

由于超声波所具有的能量很大，就有可能使物质分子产生显诸的声压作用、例如当水中通过一般强度的超声波时，产生的附加压力可以达到好几个大气压力。液体中存起着如此巨大的声压作用，就 会引起值得注意的现象。当超声波振动使液体分子压缩时，好象分子受到来直四面八方的压力；当超声波振动使液体分子稀疏时，好象受到向外散开的拉力，对于液体，它们比较受得住附加压力的作用，所以在受到压缩力的时候；不大会产生反常情形。但是在拉力的作用下，液体就会支持不了,在拉力集中的  地方，液体就会断裂开来，这种断裂作用特别容易发生在液体中存在杂质或气泡的地方，因为这些地方液体的强度特别低，也就特别经受不起几倍于大气压力的拉力作用。由于发生断裂的结果，液体中会产生许多气泡状的小空腔，这种空泡存在的时间很短，一瞬时就会闭合起来。空腔闭合的时候会 产生很大的瞬时压力，一般可以达到几千甚至几万个大气压力。液体在这种强大的瞬时压力作用下，温度会骤然增高。 断裂作用所引起的互大瞬时压力，可以使浮悬在液体中 的固体表面受到急剧破坏。我们常称之为空化现象。

超声波的应用具有以下的特点：

1.超声波具有较好的指向性——频率越高，指向性越强。这在诸如探伤和水下声通讯等应用场合是主要的考虑因素。

2.频率高时，相应地波长将变短，因而波长可与传播超声波的试样材料的尺寸相比拟，甚至波长可远小于试样材料

的尺寸．这在厚度尺寸很小的测量应用中以及在高分辨率的探伤应用中是非常重要的。

3.超声波用起来很安静，人们听不到它。这一点在高强度工作场合尤为重要。这些高强度的工作用可闻频率的声波

来完成时往往更有效，然而遗憾的是，可闻声波工作时所产生的噪声令人难以忍受，有时甚至是对人体有害的。

超声波清洗身手不凡

      近10年来，超声波清洗设备正在朝两个方面发展。其一是，各种类型的多缸或传动链式或升降式超声清洗生产线相继面市；其二是，低频超声波清洗机向高频超声波清洗机的发展。在美国、日本、欧洲以及亚太市场上，多缸式超声波清洗设备总量已呈明显上升之势，高达总量的50％，而多工位半自动、全自动传动链式或升降式超声波清洗线体设备也已上升到总量的40％以上。

      我国超声波清洗技术的应用已经取得了较好的成效。一是机械零部件在电镀前后的清洗或喷涂前的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，如油泵油嘴偶件、轴承、制动器、燃油过滤器、阀门的清洗。二是印制电路板、硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器件、连接件、显像管以及电真空器件等的清洗。三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系统及取样玻璃片的清洗。四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶罐的清洗。五是喷丝头、精密模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。

      我国现有各类超声波清洗设备制造企业近40家，但其分布主要集中在东南沿海地区。据统计资料，沿海地区的厂家占国内总数的85％，可见经济发达地区对超声波清洗技术的应用不但在先，而且广泛，普及程度高，同时，这又证明超声波清洗技术在中西部地区推广普及的前景十分广阔。就产品水平而言，当代产品与20世纪70—80年代的产品相比，技术进步也十分明显。

    近年来，由于对汽车制动器生产线、冰箱压缩机生产线的传统清洗工艺实行技术改造，拟采用超声波清洗工艺。在国外汽车底盘架、轿车外壳喷涂前的超声波清洗，配合专用清洗液，将除锈、去氧化膜及磷化一次清洗处理完成，烘干后即可喷漆等都有了新的应用和发展。

      美国Advanced Sonic Proctssing Svstems公司，推出一系列大量清洗煤或贵金属矿物的设备，例如清洗金属颗粒矿物质表面的泥土、胶体类物质，使化学剂发挥更好的作用；洗煤粉除灰去硫等，处理率为每小时十几吨。

      美国Dvpont公司在新泽西州制药厂的应用报告称：超声波清洗能除去反应罐或化学处理桶壳表面的污物，比用普通方法节约能源，费用低且减少环境污染，清洗过程简单，只要在溶器中灌满水，加热到65℃，并加入2％的表面活性剂，进行处理2—4h，即可清洗干净。

      欧洲的一些厂家曾清洗过9．1m3的罐，以前用甲醇加热到沸点一次处理4—8h，总共要进行5次清洗