超聲波測厚儀在壓力容器厚度檢測的應用(一)

10.1 測定范圍
表9-10 缺陷按指示長度分級表 mm

注：當對接焊縫兩側板厚不同時．以較薄者為準。
本章適用于采用數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，應對材科進行實際聲速測定。
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達到±(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

應根據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、機油、硅膠、水玻璃和漿糊等。若工件表面粗糙，則應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)進行校正。

b.將探頭置于較厚試塊上，調整“聲速校正”旋鈕，使測厚儀顯示讀數接近已知值。

c.將探頭置于較薄的試塊上，調整“零位校正”旋紐，使測厚儀顯示讀數接近已知值。

d.反復調整，使量程的高低兩端都得到正確讀數，儀器即告調試完畢。

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

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，調節儀器“掃描范圍”旋鈕．直到底面回波出現在相應刻度位置上。

c.探頭置于較薄試塊上，調節儀器“延遲掃描”旋鈕，直到底面回波出現在相應刻度位置上。

d.反復調整，直到在厚，薄試塊上的底面回波均出現在正確的刻度位置，儀器即告調整完畢。

10.7 測定準備

測定面上存在的浮銹、鱗皮或部分脫離的涂膜應進行清洗，必要時可用砂輪進行適當的修磨。

10.8 測定方法

在測定點只進行一次測定的方法，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，將分割面的方向轉動90°，在同一測定點測兩次的測定方法。測定值以小的數值為準。

10.8.3 ф30mm多點測定法

當測定值不穩定時，以一個測定點為中,心在30mm的范圍內進行多點測定。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

在采用超聲調厚儀測定時．有時會出現異常值，必須進行適當的處理。

10.9.1 沒有顯示值

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

10.9.2 顯示值為實際厚度的兩倍左右

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際厚度的兩倍，這時應采用小測距探頭或專用探頭。

10.9.3 顯示值比實際厚度小

當存在夾雜、夾層等內部缺陷時，測厚儀顯示值常小于公稱厚度的70％，這時應采用超聲探傷儀對測定點周圍進行檢測，確認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

報告至少應包括以下內容：

a.工件名稱、材質、編號、委托單位；

b.儀器型號、探頭、試塊、耦合劑、測定方法；

G.測量部位和數據、測量部位草圖、測量數據的*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。主控制器控制發射電路，使探頭發出的超聲波到達被測物體底面反射回來，該脈沖信號又被探頭接收，經放大器放大加到示波器垂直偏轉板上。標記發生器輸出時間標記脈沖信號，同時加到該垂直偏轉板上。而掃描電壓則加在水平偏轉板上。因此，在示波器上可直接讀出發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0.01mm，例如：時代集團的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準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，會瞬間蒸發或干結掉，這樣超聲波就很難達到被測工件，高溫耦合劑就是在一定高溫狀態下他的物體特性不會發生變化，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的一種自然現象。當聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據大量調查，取整數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

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．遵守幾何光學上的定律。即超聲波射線從一種物質表面反射時，入射角等于反射角，當射線透過一種物質進入另一種密度不同的物質時就會產生折射，也就是要

改變它的傳插方向，兩種物質的密度差別愈大，則折射也愈大。

吸收特性

聲波在各種物質中傳播時，隨著傳播距離的增加，強度會漸進減弱，這是因為物質要吸收掉它的能量。

對于同一物質，聲波的頻率越高，吸收越強。

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部門中有廣泛的應用，主要之點 還在于比聲波具有強大得多的功率。為什么有強大的功率呢?因為當聲波到達某一物資中時，由于聲波的作用使物質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量有關外，是由分子的振動速度的平方決定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質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足夠大的功率。

超聲波的聲壓特性

當聲波通入某物體時,由于聲波振動使物質分子產生壓縮和稀疏的作用，將使物質所受的壓力產生變化。由于聲波振動引起附加壓力現象叫聲壓作用。

由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質分子產生顯諸的聲壓作用、例如當水中通過一般強度的超聲波時，產生的附加壓力可以達到好幾個大氣壓力。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象。當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生在液體中存在雜質或氣泡的地方，因為這些地方液體的強度特別低，也就特別經受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。由于發生斷裂的結果，液體中會產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。空腔閉合的時候會 產生很大的瞬時壓力，一般可以達到幾千甚至幾萬個大氣壓力。液體在這種強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象。

超聲波的應用具有以下的特點：

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

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

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

3.超聲波用起來很安靜，人們聽不到它。這一點在高強度工作場合尤為重要。這些高強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，超聲波清洗設備正在朝兩個方面發展。其一是，各種類型的多缸或傳動鏈式或升降式超聲清洗生產線相繼面市；其二是，低頻超聲波清洗機向高頻超聲波清洗機的發展。在美國、日本、歐洲以及亞太市場上，多缸式超聲波清洗設備總量已呈明顯上升之勢，高達總量的50％，而多工位半自動、全自動傳動鏈式或升降式超聲波清洗線體設備也已上升到總量的40％以上。

      我國超聲波清洗技術的應用已經取得了較好的成效。一是機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、望遠鏡、瞄準具等光學系統及取樣玻璃片的清洗。四是醫用器具、食品、制藥、生化等試驗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。

      我國現有各類超聲波清洗設備制造企業近40家，但其分布主要集中在東南沿海地區。據統計資料，沿海地區的廠家占國內總數的85％，可見經濟發達地區對超聲波清洗技術的應用不但在先，而且廣泛，普及程度高，同時，這又證明超聲波清洗技術在中西部地區推廣普及的前景十分廣闊。就產品水平而言，當代產品與20世紀70—80年代的產品相比，技術進步也十分明顯。

    近年來，由于對汽車制動器生產線、冰箱壓縮機生產線的傳統清洗工藝實行技術改造，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用和發展。

      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備，例如清洗金屬顆粒礦物質表面的泥土、膠體類物質，使化學劑發揮更好的作用；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用報告稱：超聲波清洗能除去反應罐或化學處理桶殼表面的污物，比用普通方法節約能源，費用低且減少環境污染，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一次處理4—8h，總共要進行5次清洗