论文部分内容阅读
【摘 要】金属管道壁厚检测时及时发现减薄情况、管道缺陷与安全隐患的重要举措，应用超声探伤仪和超声测厚仪可准确判断减薄程度、管道缺陷具体情况，判断管道运行安全性。本文介绍了金属管道壁厚检测目的，并以超声探伤仪、超声测厚仪在金属管道壁厚检测中应用的优越性和局限性做了分析，希望能为金属管道壁厚检测提供参考。
【关键词】金属管道；壁厚检测；超声测厚仪；超声探伤仪；局限性
金属管道在使用过程中因为制造工艺、介质特性等原因可能会在整体或局部上受到磨损、服侍、冲蚀等破坏，致使管壁变得薄弱，从而增加安全运行的危险与隐患。金属管道运行中如果均匀减薄影响较小，但是若局部出现非均匀减薄现象再加上原有的安全隐患，将会严重威胁管道运行安全与效果，所以及时对金属管道管壁做探伤检测并排除隐患，是确保管道顺利安全运行的重要举措。下面我们简单分析下超声波测厚仪和超声波探伤仪在金属管道壁厚检测中的应用。
一、金属管道壁厚检测目的
应用超声探伤仪和超声测厚仪检测金属管道壁厚，目的是为为了探测管道使用过程中壁厚减薄程度，并以此推测其在一定时期内的减薄总量和减薄速度，判定管道运行安全性，并计算剩余厚度以及其强度能够满足使用需求。
二、金属管道壁厚检测方法
目前随着多种无损检测方法的应用，金属管道壁厚检测相关仪器种类和方法多种多样，就目前而言，超声波探伤仪和超声波测厚仪是应用最为广泛且效果较好的两种方法。
（一）超声波测厚仪的应用
超声波测厚仪灵敏度高、稳定性好、工作可靠、操作简便，是低功耗、袖珍式、智能化仪器，广泛应用于电力、石油、化工、冶金、机械、船舶等部门检测管道、锅炉和压力容器的壁厚，是设备安全运行的保障。以脉冲反射式为例，脉冲反射式超声测厚仪利用超声波脉冲在材料中传播往返时间、声速、声程之间的关系来检测待检物件厚度。由于其携带轻便、小巧，测量速度快、准确率高，可借由数字管直接显示结果，所以目前广泛应用于多个领域，尤其是需要大量采集数量的场合，其应用优点更为显著。
超声波测厚仪在测量金属管道壁厚时，需注意双晶探头的放置必须使隔声层垂直于管道轴线并与管壁正交，如此放置才能够得到最准确可靠的厚度显示数据。当测厚结果与预想值之间差异较大时，要分析造成误差的原因，观察是否存在缺陷反射或者成倍读数等问题，通过同一仪器的多次测量和不同辅助仪器的反复测量进行对比，借此发现问题并及早解决问题[1]。如果在测厚现场遇到难以识别的未知声速材质，可在与管壁材质相同且厚度已知的材料部件上做声速校检，从而获得声速数据，方便测厚工作。测厚结束时针对仪器所显示声速与被检材质声速不同情况，使用公式做校正：其中 代表实际管壁厚度，为设定声速下所得厚度值，C为实际声速，为仪器测定声速，单位均为（）。
超声波测厚仪的众多优势奠定了其在应用领域的优势地位，但是在具体检测中，也存在着一些使用限制，并非能够检出所有形式的金属壁厚减薄情况。这是由于测厚仪接收被检物体的反射脉冲信号有一个可被仪器识别处理的下限值，并非每一个被检测并反馈回来的反射脉冲信号波可被放大、计算并显示。比如金属管道内壁有较小的腐蚀点或对声波构成发散的形状缺陷，在检测过程中灵敏度就会受到干扰，众多应用实践结果也证明了反射声能<的任何形式的后壁减薄当量缺陷都难以检出[2]。像这种情况，在金属后壁减薄检测时，很可能会出现靠近测点时局部减薄较深的情况，这类缺陷目前因为超声测厚仪缺陷无法发现也无法解决，因此只能依靠其他辅助手段来弥补，以减少超声测厚仪应用缺陷带来的干扰。常见的两种影响管壁测厚的缺陷形式见图1。
图1 常见的两种影响管壁测厚的缺陷形式
（二）超声探伤仪的应用
超声探伤仪作为最常用的无损探伤方法，作用原理基本上与超声测厚仪相同，都是利用超声波本身对金属材料的特殊反馈性质完成探测，在不同介质上的反射特点代表着不同介质的厚度和缺陷情况，所以，金属管道壁厚检测中应用超声探伤仪有积极效果。在金属管道壁厚检测中，超声探伤仪多选用高频小晶片纵波直探头，超声波检测到金属管道表面的耦合剂后通过其传入工件，通过在工件内传播并反馈给探头，声波信号转化为电讯号进入电路，最终形成反应缺陷的反射波，也成为伤波。在超声探伤仪应用中，缺陷距离和大小的计算主要是根据反馈回来的伤波、始波情况与工件缺陷之间的距离，获得较为理想的检测效果[3]。超声波探伤仪检测金属管道管壁情况可以根据管径大小和厚度情况选择不同直径探头，需要注意的是，在实际检测中，可先用完好均匀的管壁测试灵敏度，确保内壁一次回波达到80%f.s左右，然后确保多次底波呈均匀递减形式，再扫查管壁动态波形变化情况，通过美国包络线形状、波形间距与幅值等判断管壁缺陷情况。
探伤仪虽然不比测厚仪读数方便、显示快速，但是通过利用合适的晶片尺寸探头扫查管壁，可根据波形特点定性了解管壁厚度和缺陷状态，判断其处于均匀减薄状态还是非均匀减薄缺陷，同时扫查严重减薄区域了解情况。当管壁减薄呈均匀状态时，反射回波等间距、波幅呈线性递减，根据相邻回波间间距即可得到管壁厚度，反之，如果管壁存在严重缺陷如点状或片状腐蚀、凹槽等，则反射回波较为混乱，波形移动变化大。应用超声探伤仪检测金属管壁不同情况波形表现具体见图2。
不过由于某些金属管道管壁缺陷反射当量小但深度值较大，超声测厚仪与超声探伤仪应用效果都较差，容易形成漏点，为弥补这些问题，应当在检测中应用射线照相法辅助管理缺陷检测，从而减少失误率，及时发现管道管壁缺陷，并及时予以处理。考虑到射线照相法耗时长、成本高等情况，只作为超声测厚仪与探伤仪的辅助配合检测收单，用以发现某些隐藏缺陷，对管壁减薄情况进行确认。
图 2 应用超声探伤仪检测金属管壁不同情况波形表现
综上所述，应用超声测厚仪和超声探伤仪检测金属管道后壁减薄情况具有多重优越性，但是同时也存在一定使用限制，在应用中要善于发挥超神测厚仪测量准确、速度快优势和超声探伤仪检测缺陷精确度高的优势，服务金属管道壁厚减薄检测，提升管道运作的安全性。
【参考文献】
[1]梁鹏飞，张继荣，匡立中，王勤.核电压力管道表面粗糙度对超声波测厚数据的影响[J].无损检测.2013（09）.
[2]孙海.天然气压气站内腐蚀挂片监测管道内腐蚀[J].腐蚀与防护.2011（03）.
[1]杨华，董世运，徐滨士.涂镀层厚度检测方法的发展现状及展望[J].材料保护.2008（11）.
[2]杨振国，闻小德.ROB 250VIS超声波探伤仪在棒材精整线上的应用[J].莱钢科技.2010（06）.
[6]谭莹，张震坤，陈明，曹标，刘健斌.扫描电镜及X射线能谱仪在首饰镀层检测中的应用[J].理化检验（物理分册）.2007（04）.
【关键词】金属管道；壁厚检测；超声测厚仪；超声探伤仪；局限性
金属管道在使用过程中因为制造工艺、介质特性等原因可能会在整体或局部上受到磨损、服侍、冲蚀等破坏，致使管壁变得薄弱，从而增加安全运行的危险与隐患。金属管道运行中如果均匀减薄影响较小，但是若局部出现非均匀减薄现象再加上原有的安全隐患，将会严重威胁管道运行安全与效果，所以及时对金属管道管壁做探伤检测并排除隐患，是确保管道顺利安全运行的重要举措。下面我们简单分析下超声波测厚仪和超声波探伤仪在金属管道壁厚检测中的应用。
一、金属管道壁厚检测目的
应用超声探伤仪和超声测厚仪检测金属管道壁厚，目的是为为了探测管道使用过程中壁厚减薄程度，并以此推测其在一定时期内的减薄总量和减薄速度，判定管道运行安全性，并计算剩余厚度以及其强度能够满足使用需求。
二、金属管道壁厚检测方法
目前随着多种无损检测方法的应用，金属管道壁厚检测相关仪器种类和方法多种多样，就目前而言，超声波探伤仪和超声波测厚仪是应用最为广泛且效果较好的两种方法。
（一）超声波测厚仪的应用
超声波测厚仪灵敏度高、稳定性好、工作可靠、操作简便，是低功耗、袖珍式、智能化仪器，广泛应用于电力、石油、化工、冶金、机械、船舶等部门检测管道、锅炉和压力容器的壁厚，是设备安全运行的保障。以脉冲反射式为例，脉冲反射式超声测厚仪利用超声波脉冲在材料中传播往返时间、声速、声程之间的关系来检测待检物件厚度。由于其携带轻便、小巧，测量速度快、准确率高，可借由数字管直接显示结果，所以目前广泛应用于多个领域，尤其是需要大量采集数量的场合，其应用优点更为显著。
超声波测厚仪在测量金属管道壁厚时，需注意双晶探头的放置必须使隔声层垂直于管道轴线并与管壁正交，如此放置才能够得到最准确可靠的厚度显示数据。当测厚结果与预想值之间差异较大时，要分析造成误差的原因，观察是否存在缺陷反射或者成倍读数等问题，通过同一仪器的多次测量和不同辅助仪器的反复测量进行对比，借此发现问题并及早解决问题[1]。如果在测厚现场遇到难以识别的未知声速材质，可在与管壁材质相同且厚度已知的材料部件上做声速校检，从而获得声速数据，方便测厚工作。测厚结束时针对仪器所显示声速与被检材质声速不同情况，使用公式做校正：其中 代表实际管壁厚度，为设定声速下所得厚度值，C为实际声速，为仪器测定声速，单位均为（）。
超声波测厚仪的众多优势奠定了其在应用领域的优势地位，但是在具体检测中，也存在着一些使用限制，并非能够检出所有形式的金属壁厚减薄情况。这是由于测厚仪接收被检物体的反射脉冲信号有一个可被仪器识别处理的下限值，并非每一个被检测并反馈回来的反射脉冲信号波可被放大、计算并显示。比如金属管道内壁有较小的腐蚀点或对声波构成发散的形状缺陷，在检测过程中灵敏度就会受到干扰，众多应用实践结果也证明了反射声能<的任何形式的后壁减薄当量缺陷都难以检出[2]。像这种情况，在金属后壁减薄检测时，很可能会出现靠近测点时局部减薄较深的情况，这类缺陷目前因为超声测厚仪缺陷无法发现也无法解决，因此只能依靠其他辅助手段来弥补，以减少超声测厚仪应用缺陷带来的干扰。常见的两种影响管壁测厚的缺陷形式见图1。
图1 常见的两种影响管壁测厚的缺陷形式
（二）超声探伤仪的应用
超声探伤仪作为最常用的无损探伤方法，作用原理基本上与超声测厚仪相同，都是利用超声波本身对金属材料的特殊反馈性质完成探测，在不同介质上的反射特点代表着不同介质的厚度和缺陷情况，所以，金属管道壁厚检测中应用超声探伤仪有积极效果。在金属管道壁厚检测中，超声探伤仪多选用高频小晶片纵波直探头，超声波检测到金属管道表面的耦合剂后通过其传入工件，通过在工件内传播并反馈给探头，声波信号转化为电讯号进入电路，最终形成反应缺陷的反射波，也成为伤波。在超声探伤仪应用中，缺陷距离和大小的计算主要是根据反馈回来的伤波、始波情况与工件缺陷之间的距离，获得较为理想的检测效果[3]。超声波探伤仪检测金属管道管壁情况可以根据管径大小和厚度情况选择不同直径探头，需要注意的是，在实际检测中，可先用完好均匀的管壁测试灵敏度，确保内壁一次回波达到80%f.s左右，然后确保多次底波呈均匀递减形式，再扫查管壁动态波形变化情况，通过美国包络线形状、波形间距与幅值等判断管壁缺陷情况。
探伤仪虽然不比测厚仪读数方便、显示快速，但是通过利用合适的晶片尺寸探头扫查管壁，可根据波形特点定性了解管壁厚度和缺陷状态，判断其处于均匀减薄状态还是非均匀减薄缺陷，同时扫查严重减薄区域了解情况。当管壁减薄呈均匀状态时，反射回波等间距、波幅呈线性递减，根据相邻回波间间距即可得到管壁厚度，反之，如果管壁存在严重缺陷如点状或片状腐蚀、凹槽等，则反射回波较为混乱，波形移动变化大。应用超声探伤仪检测金属管壁不同情况波形表现具体见图2。
不过由于某些金属管道管壁缺陷反射当量小但深度值较大，超声测厚仪与超声探伤仪应用效果都较差，容易形成漏点，为弥补这些问题，应当在检测中应用射线照相法辅助管理缺陷检测，从而减少失误率，及时发现管道管壁缺陷，并及时予以处理。考虑到射线照相法耗时长、成本高等情况，只作为超声测厚仪与探伤仪的辅助配合检测收单，用以发现某些隐藏缺陷，对管壁减薄情况进行确认。
图 2 应用超声探伤仪检测金属管壁不同情况波形表现
综上所述，应用超声测厚仪和超声探伤仪检测金属管道后壁减薄情况具有多重优越性，但是同时也存在一定使用限制，在应用中要善于发挥超神测厚仪测量准确、速度快优势和超声探伤仪检测缺陷精确度高的优势，服务金属管道壁厚减薄检测，提升管道运作的安全性。
【参考文献】
[1]梁鹏飞，张继荣，匡立中，王勤.核电压力管道表面粗糙度对超声波测厚数据的影响[J].无损检测.2013（09）.
[2]孙海.天然气压气站内腐蚀挂片监测管道内腐蚀[J].腐蚀与防护.2011（03）.
[1]杨华，董世运，徐滨士.涂镀层厚度检测方法的发展现状及展望[J].材料保护.2008（11）.
[2]杨振国，闻小德.ROB 250VIS超声波探伤仪在棒材精整线上的应用[J].莱钢科技.2010（06）.
[6]谭莹，张震坤，陈明，曹标，刘健斌.扫描电镜及X射线能谱仪在首饰镀层检测中的应用[J].理化检验（物理分册）.2007（04）.