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摘 要：本文对带涂层工件进行超声波检测的过程进行分析，通过实验对声波在涂层中的能量衰减过程进行了研究，提出了对比试块法和补偿测定法，对涂层系统造成的声波能量衰减量进行测定并予以补偿，使带防腐涂层工件的超声波检测可行，且不降低探伤灵敏度，并使检测结果具有较高的准确性。
关键词：超声波检测防腐涂层声波衰减DAC曲线
中图分类号： O657 文献标识码： A
引言
按TSG R7001《压力容器定期检验规则》、《锅炉定期检验规则》、《在用工业管道定期检验规程》的要求，在役压力容器、锅炉、管道等必须按安全状态的等级，以不同的周期进行在役检验。承压受力的工件在使用过程中，焊缝中的非危害性缺陷受应力作用可能扩展延伸，成为危害性缺陷。为保证设备的使用安全，对在役的压力容器、管道、桥梁、钢结构、风电设备（塔筒、主框架、齿轮箱、轮毂等）等进行定期在役检验具有非常重大的意义。一般的在役设备都已经进行了防腐处理，工件表面附着一层或多层涂层材料。对带涂层的设备进行超声波检测时，涂层会对声波产生衰减，造成探伤灵敏度降低，若打磨去除工件表面的涂层后进行超声波检测，会耗时耗财，且在检验之后又要对工件重新进行防腐处理。本文提出对比试块法和补偿测定法两种方法，对在役工件超声波探伤时由于涂层造成的声波能量衰减值进行测定，并予以补偿，使在工件涂层上直接进行超声检测具有很高的准确性。
对带防腐涂层工件进行超声波检测的可行性分析
一般防腐涂层与工件结合紧密，超声波能穿透防腐涂层，并能穿过涂层与工件的交界面入射进入工件内部。在这个传播过程中防腐涂层和涂层与工件的交界面对声波能量造成了衰减，若能对超声波在穿透涂层的衰减和在穿透涂层与工件的交界面的入射衰减进行测定，在检测时予以补偿，则在防腐涂层上进行超声检测具有可行性。
在带涂层工件上进行超声波检测时的声束能量衰减
工件进行防腐有两道工序：第一，工件进行除锈处理。第二，防腐涂层的喷涂。除锈工序使工件表面的粗糙度达到一定的要求。防腐工艺不同，工件进行除锈后表面粗糙度就不同。表面粗糙度不同，声波入射时能量的衰减就不同，粗糙度越大，能量衰减越多。一般涂层为2-3层，每层涂层的涂料、厚度不同，不同的涂料、不同的厚度对声波能量造成的衰减就不同，涂层层数越多、涂层厚度越厚，造成的声波能量衰减越多。
声波从涂层入射进入工件的过程中，造成能量衰减的过程有两个：一、涂层造成的衰减；二、工件表面的粗糙度造成的衰减。
涂层造成的衰减与涂层材料的衰减系数、涂层材料厚度和涂层层数有关。超声波在不同材料内的衰减系数不同。材料衰减系数越大，材料厚度越厚，造成的衰减就越多[1]。声波在穿透相邻涂层分界面时也会产生一定的衰减，涂层层数越多，声波穿透的分界面就越多，产生的能量衰减就越多。
由工件表面的粗糙度造成的衰减与表面粗糙度有关，工件表面越粗糙，在声波入射时所产生的反射、漫反射、散射等就越大，进而折射进入工件的声束能量就越小；反之亦然。
工件在防腐前后的超声波检测对比实验
为了寻求涂层对超声波的衰减规律，作者对2条风电塔筒门框焊缝（母材厚度30mm）在防腐前后分别进行了超声波检测试验，来研究同一缺陷在防腐前后反射波波幅的变化规律。试验过程如下，选用探头K值1.5，频率2.5MHz，晶片大小13×13，用标准试块[2]CSK-IA和CSK-IIIA制作DAC曲线，对2条门框焊缝在防腐前进行检测。为了方便研究，作者对评定线和定量线上的所有指示缺陷进行了记录，检测时记录了6处指示缺陷的深度、反射波波幅，并标记了缺陷位置。在塔筒喷砂、油漆防腐后，作者按照标记的位置，重新对这6处缺陷进行检测，此过程中超声波探伤仪的检测曲线不发生变化。门框焊缝部位油漆总膜厚度为400μm，涂层系统为环氧富锌+环氧树脂+聚亚胺脂面漆。检测时作者适当的提高了检测灵敏度，原标记位置的6处缺陷均被发现。6处指示缺陷防腐前后的反射波幅有明显的差别，差别就是涂层系统对超声波造成的衰减，检测数据见下表：
表一：防腐前后缺陷反射波波幅、深度对照表
缺陷编号 1 2 3 4 5 6
防腐前当量 SL+6.2dB SL+3.4dB SL+3.0dB SL+1.7dB SL+4.0dB SL+6.0dB
防腐前深度 19.6 18 16.3 20.7 19.0 17.6
防腐后當量 SL+3.4dB SL+0.2dB SL+0.7dB SL-2dB SL-0.1dB SL+2.9dB
防腐后深度 20.6 18.7 17.4 21.4 20.8 18
前后当量差 2.8 3.2 2.7 3.7 4.1 3.2
平均差值 3.3dB
图一：同一缺陷在防腐前后反射波波幅对比
由实验的数据可以看出：1）涂层确实对超声波有衰减；2）此涂层系统（涂层系统为环氧富锌+环氧树脂+聚亚胺脂面漆，涂层总膜厚度为400μm）对超声波的衰减为3～5dB，使缺陷的指示深度变化在2mm左右。由此可见，对原来的DAC曲线补偿3～5dB后，在带涂层工件上检测时对同一个缺陷的评定和防腐前检测时的评定结果基本相同。
对涂层对声波能量衰减的综合补偿方法
从上面的试验我们可以得出，对带涂层工件直接进行超声波检测可行。对带涂层的工件检验时，我们可以制作对比试块进行检测或制作试块对由涂层造成的声波衰减进行测定、补偿。
方法一：对比试块法
将标准试块的检测面按工件的防腐工艺进行防腐，在防腐后的试块上制作DAC曲线，制作的DAC曲线即可用于带同样涂层的工件上进行超声波检测，这种方法可以将涂层的衰减在试块上进行等价抵消。在试块上进行喷砂除锈处理和涂层喷涂时必须与工件的工艺要求相同，使试块表面粗糙度与工件喷砂除锈后的粗糙度相同，使试块表面的每层涂层厚度和工件表面相同。这样在防腐后的试块上制作的DAC曲线，即可在带相同涂层的工件上进行超声波检测。
方法二：补偿测定法
制作一块带缺陷的试板（可在试板上加工短横孔或长横孔），先用标准试块制作DAC曲线，再用制作的曲线去检测这个缺陷，记录缺陷的反射波幅A，将带缺陷的试板按工件的防腐工艺进行防腐。防腐后再用原制作的曲线去检测，记录防腐后的缺陷反射波幅B，用波幅A减去波幅B即可得到衰减补偿量，再按得到的补偿量对原来的DAC曲线整体进行补偿。此过程中由一个缺陷计算出的补偿会有误差，我们可以制作多个缺陷，按上面的方法计算出每个缺陷的前后变化值，再对其求平均值，以平均值对曲线整体进行补偿修正。修正后的DAC曲线即可在工件涂层表面直接进行超声波检测。
结论
通过实验可以得出，只要对涂层造成的声波能量衰减进行测定和补偿，对带防腐涂层的工件进行超声波检测即可行。对比试块的方法和补偿测定的方法可以将涂层对声波的衰减进行抵消和补偿，实现对带涂层的工件进行准确的超声波检测。本文为风电设备、桥梁、钢结构、锅炉、压力容器等具有表面涂层的设备在役检验提供了依据和方法。
参考文献
[1]林平来，压力容器带涂层超声波检测探讨，广东科技，2010年，239期：39、65页。
[2]郑晖，超声检测，北京，中国劳动社会保障出版社，2008年，111页。
关键词：超声波检测防腐涂层声波衰减DAC曲线
中图分类号： O657 文献标识码： A
引言
按TSG R7001《压力容器定期检验规则》、《锅炉定期检验规则》、《在用工业管道定期检验规程》的要求，在役压力容器、锅炉、管道等必须按安全状态的等级，以不同的周期进行在役检验。承压受力的工件在使用过程中，焊缝中的非危害性缺陷受应力作用可能扩展延伸，成为危害性缺陷。为保证设备的使用安全，对在役的压力容器、管道、桥梁、钢结构、风电设备（塔筒、主框架、齿轮箱、轮毂等）等进行定期在役检验具有非常重大的意义。一般的在役设备都已经进行了防腐处理，工件表面附着一层或多层涂层材料。对带涂层的设备进行超声波检测时，涂层会对声波产生衰减，造成探伤灵敏度降低，若打磨去除工件表面的涂层后进行超声波检测，会耗时耗财，且在检验之后又要对工件重新进行防腐处理。本文提出对比试块法和补偿测定法两种方法，对在役工件超声波探伤时由于涂层造成的声波能量衰减值进行测定，并予以补偿，使在工件涂层上直接进行超声检测具有很高的准确性。
对带防腐涂层工件进行超声波检测的可行性分析
一般防腐涂层与工件结合紧密，超声波能穿透防腐涂层，并能穿过涂层与工件的交界面入射进入工件内部。在这个传播过程中防腐涂层和涂层与工件的交界面对声波能量造成了衰减，若能对超声波在穿透涂层的衰减和在穿透涂层与工件的交界面的入射衰减进行测定，在检测时予以补偿，则在防腐涂层上进行超声检测具有可行性。
在带涂层工件上进行超声波检测时的声束能量衰减
工件进行防腐有两道工序：第一，工件进行除锈处理。第二，防腐涂层的喷涂。除锈工序使工件表面的粗糙度达到一定的要求。防腐工艺不同，工件进行除锈后表面粗糙度就不同。表面粗糙度不同，声波入射时能量的衰减就不同，粗糙度越大，能量衰减越多。一般涂层为2-3层，每层涂层的涂料、厚度不同，不同的涂料、不同的厚度对声波能量造成的衰减就不同，涂层层数越多、涂层厚度越厚，造成的声波能量衰减越多。
声波从涂层入射进入工件的过程中，造成能量衰减的过程有两个：一、涂层造成的衰减；二、工件表面的粗糙度造成的衰减。
涂层造成的衰减与涂层材料的衰减系数、涂层材料厚度和涂层层数有关。超声波在不同材料内的衰减系数不同。材料衰减系数越大，材料厚度越厚，造成的衰减就越多[1]。声波在穿透相邻涂层分界面时也会产生一定的衰减，涂层层数越多，声波穿透的分界面就越多，产生的能量衰减就越多。
由工件表面的粗糙度造成的衰减与表面粗糙度有关，工件表面越粗糙，在声波入射时所产生的反射、漫反射、散射等就越大，进而折射进入工件的声束能量就越小；反之亦然。
工件在防腐前后的超声波检测对比实验
为了寻求涂层对超声波的衰减规律，作者对2条风电塔筒门框焊缝（母材厚度30mm）在防腐前后分别进行了超声波检测试验，来研究同一缺陷在防腐前后反射波波幅的变化规律。试验过程如下，选用探头K值1.5，频率2.5MHz，晶片大小13×13，用标准试块[2]CSK-IA和CSK-IIIA制作DAC曲线，对2条门框焊缝在防腐前进行检测。为了方便研究，作者对评定线和定量线上的所有指示缺陷进行了记录，检测时记录了6处指示缺陷的深度、反射波波幅，并标记了缺陷位置。在塔筒喷砂、油漆防腐后，作者按照标记的位置，重新对这6处缺陷进行检测，此过程中超声波探伤仪的检测曲线不发生变化。门框焊缝部位油漆总膜厚度为400μm，涂层系统为环氧富锌+环氧树脂+聚亚胺脂面漆。检测时作者适当的提高了检测灵敏度，原标记位置的6处缺陷均被发现。6处指示缺陷防腐前后的反射波幅有明显的差别，差别就是涂层系统对超声波造成的衰减，检测数据见下表：
表一：防腐前后缺陷反射波波幅、深度对照表
缺陷编号 1 2 3 4 5 6
防腐前当量 SL+6.2dB SL+3.4dB SL+3.0dB SL+1.7dB SL+4.0dB SL+6.0dB
防腐前深度 19.6 18 16.3 20.7 19.0 17.6
防腐后當量 SL+3.4dB SL+0.2dB SL+0.7dB SL-2dB SL-0.1dB SL+2.9dB
防腐后深度 20.6 18.7 17.4 21.4 20.8 18
前后当量差 2.8 3.2 2.7 3.7 4.1 3.2
平均差值 3.3dB
图一：同一缺陷在防腐前后反射波波幅对比
由实验的数据可以看出：1）涂层确实对超声波有衰减；2）此涂层系统（涂层系统为环氧富锌+环氧树脂+聚亚胺脂面漆，涂层总膜厚度为400μm）对超声波的衰减为3～5dB，使缺陷的指示深度变化在2mm左右。由此可见，对原来的DAC曲线补偿3～5dB后，在带涂层工件上检测时对同一个缺陷的评定和防腐前检测时的评定结果基本相同。
对涂层对声波能量衰减的综合补偿方法
从上面的试验我们可以得出，对带涂层工件直接进行超声波检测可行。对带涂层的工件检验时，我们可以制作对比试块进行检测或制作试块对由涂层造成的声波衰减进行测定、补偿。
方法一：对比试块法
将标准试块的检测面按工件的防腐工艺进行防腐，在防腐后的试块上制作DAC曲线，制作的DAC曲线即可用于带同样涂层的工件上进行超声波检测，这种方法可以将涂层的衰减在试块上进行等价抵消。在试块上进行喷砂除锈处理和涂层喷涂时必须与工件的工艺要求相同，使试块表面粗糙度与工件喷砂除锈后的粗糙度相同，使试块表面的每层涂层厚度和工件表面相同。这样在防腐后的试块上制作的DAC曲线，即可在带相同涂层的工件上进行超声波检测。
方法二：补偿测定法
制作一块带缺陷的试板（可在试板上加工短横孔或长横孔），先用标准试块制作DAC曲线，再用制作的曲线去检测这个缺陷，记录缺陷的反射波幅A，将带缺陷的试板按工件的防腐工艺进行防腐。防腐后再用原制作的曲线去检测，记录防腐后的缺陷反射波幅B，用波幅A减去波幅B即可得到衰减补偿量，再按得到的补偿量对原来的DAC曲线整体进行补偿。此过程中由一个缺陷计算出的补偿会有误差，我们可以制作多个缺陷，按上面的方法计算出每个缺陷的前后变化值，再对其求平均值，以平均值对曲线整体进行补偿修正。修正后的DAC曲线即可在工件涂层表面直接进行超声波检测。
结论
通过实验可以得出，只要对涂层造成的声波能量衰减进行测定和补偿，对带防腐涂层的工件进行超声波检测即可行。对比试块的方法和补偿测定的方法可以将涂层对声波的衰减进行抵消和补偿，实现对带涂层的工件进行准确的超声波检测。本文为风电设备、桥梁、钢结构、锅炉、压力容器等具有表面涂层的设备在役检验提供了依据和方法。
参考文献
[1]林平来，压力容器带涂层超声波检测探讨，广东科技，2010年，239期：39、65页。
[2]郑晖，超声检测，北京，中国劳动社会保障出版社，2008年，111页。