奧林巴斯腐蝕剩余壁厚測(cè)厚探頭

探頭選擇

下表中列出了39DL PLUS和45MG測(cè)厚儀在使用標(biāo)準(zhǔn)探頭測(cè)量鋼材料時(shí)可以測(cè)到的大約最小厚度。注意這些數(shù)字是約略值。具體應(yīng)用中確切的最小可測(cè)厚度值取決于材料聲速、表面條件和材料的幾何形狀，而且用戶需通過實(shí)驗(yàn)確定這個(gè)厚度值。

任何超聲測(cè)量系統(tǒng)（探頭加測(cè)厚儀，或探頭加探傷儀）都有一個(gè)最小可測(cè)厚度，低于這個(gè)限度，就不會(huì)完成有效的測(cè)量。通常，在生產(chǎn)商的說明文件中會(huì)明確標(biāo)出這個(gè)最小可測(cè)厚度值。隨著探頭頻率的增加，最小可測(cè)厚度會(huì)降低。

在腐蝕應(yīng)用中，最小剩余壁厚通常是要測(cè)量的參數(shù)，因此了解所用探頭的可測(cè)厚度范圍至關(guān)重要。如果使用雙晶探頭測(cè)量一個(gè)厚度低于可測(cè)最小厚度值的樣件，則測(cè)厚儀可能會(huì)探測(cè)到無效回波，而屏幕上可能會(huì)錯(cuò)誤地顯示很高的厚度讀數(shù)。

奧林巴斯腐蝕剩余壁厚測(cè)厚探頭

*對(duì)于半徑等于或低于所規(guī)定的最小值的樣件，可能需要調(diào)整增益，以進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

2. 表面條件

被測(cè)樣件外表面松散或剝落的結(jié)垢、銹蝕、腐蝕或塵土?xí)绊懹商筋^向被測(cè)材料發(fā)出的聲能的耦合效果。因此，在測(cè)量之前，要確保用鋼絲刷或銼刀清除樣件上任何松散的碎屑。

一般來說，只要銹蝕區(qū)域光滑，且仍然附著在其下金屬上，我們就可以通過較薄的銹蝕層完成腐蝕區(qū)域的厚度測(cè)量。某些非常粗糙的鑄件或銹蝕的表面可能需要使用銼刀或砂紙打磨成平滑的狀態(tài)，以確保獲得適當(dāng)?shù)穆曬詈闲ЧＨ绻粶y(cè)表面的漆層非常厚，或者漆層正在從金屬上脫落，則還需要去除漆層。

雖然我們經(jīng)?？梢酝高^薄漆層（大約0.1到0.2毫米）完成標(biāo)準(zhǔn)的腐蝕測(cè)量，但是要測(cè)量涂有厚漆層的樣件，則需要使用特殊的技術(shù)，如回波到回波或穿透涂層（THRU-COAT）測(cè)量功能，因?yàn)楹衿釋訒?huì)使信號(hào)產(chǎn)生衰減，還可能會(huì)生成錯(cuò)誤回波。管道或箱罐的外側(cè)表面上的嚴(yán)重點(diǎn)蝕會(huì)造成問題。

在某些粗糙表面上，使用凝膠或潤滑油，而不是液體耦合劑，有助于使聲能在被測(cè)樣件中傳播。在個(gè)案中，可能有必要將樣件表面挫磨或打磨得足夠平滑，以使樣件表面接觸到探頭面。在管道或箱罐外側(cè)點(diǎn)蝕很深的測(cè)量應(yīng)用中，通常需要測(cè)量點(diǎn)蝕的基底到內(nèi)壁之間的剩余金屬厚度。某些復(fù)雜的超聲技術(shù)使用聚焦的水浸探頭，可以直接測(cè)量從外側(cè)點(diǎn)蝕的基底到內(nèi)壁之間的厚度，但是對(duì)于在野外進(jìn)行的檢測(cè)應(yīng)用，這種技術(shù)一般不太實(shí)用。

常規(guī)技術(shù)是以超聲方式測(cè)量樣件上不帶點(diǎn)蝕區(qū)域的金屬厚度，再以機(jī)械方式測(cè)量點(diǎn)蝕處的深度，然后再用測(cè)得的金屬壁厚減去點(diǎn)蝕深度。此外，還可以將表面挫磨或打磨到點(diǎn)蝕的基底處，再進(jìn)行正常的測(cè)量。 與任何難以進(jìn)行的應(yīng)用一樣，要確定某種測(cè)厚儀加探頭的組合可以在特定表面上測(cè)量的最小厚度值，有效的方法就是在實(shí)際樣件上進(jìn)行試驗(yàn)。

3. 探頭的定位/對(duì)齊

要獲得有效的聲耦合效果，探頭必須要緊貼在被測(cè)樣件的表面。在測(cè)量小直徑圓柱形樣件時(shí)，如管道，要根據(jù)以下要求使探頭接觸樣件表面：探頭面上可見的聲障材料要與圓柱形樣件的中心軸垂直對(duì)齊。

雖然需要用手使勁按壓探頭才能獲得優(yōu)質(zhì)讀數(shù)，但是一定不要在粗糙的金屬表面上刮擦或扭動(dòng)探頭。否則，會(huì)刮壞探頭面，且最終會(huì)使探頭的性能降低。在粗糙表面上移動(dòng)探頭的安全方式是將探頭提起，然后重新放置在樣件上需要測(cè)量的區(qū)域。

請(qǐng)記住，一次超聲檢測(cè)所測(cè)量的厚度，只是探頭所發(fā)出的聲束在樣件的一個(gè)位置上測(cè)到的厚度，而在腐蝕樣件的不同位置上，壁厚值通常會(huì)有很大變化。檢測(cè)程序通常要求在所定義的區(qū)域中進(jìn)行幾次測(cè)量，并確定一個(gè)最小厚度值和/或一個(gè)平均厚度值。

理想的操作方法是，在多次測(cè)量厚度值時(shí)所使用的增量一定不要超過探頭直徑的一半，這樣有助于確保不會(huì)漏查金屬壁中的點(diǎn)蝕缺陷或其他局部厚度的變化。用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用的需要，自行定制適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集模式。

在一些嚴(yán)重腐蝕或帶有點(diǎn)蝕的材料上，可能無法在某些區(qū)域得到測(cè)量讀數(shù)。如果材料內(nèi)表面非常不規(guī)則，就可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象，因?yàn)槁暷鼙簧⑸?，而沒有被反射回到探頭。不能獲得讀數(shù)還可能表明樣件厚度不在所用探頭和儀器的可測(cè)厚度范圍內(nèi)。一般來說，不能獲得被測(cè)樣件上某一點(diǎn)的有效厚度讀數(shù)，說明壁面損壞嚴(yán)重，需要通過其他方法進(jìn)行進(jìn)一步核查。

4. 高溫測(cè)量

在高溫下進(jìn)行腐蝕測(cè)量，需要考慮一些特殊因素。請(qǐng)牢記以下幾點(diǎn)：

1. 表面溫度

   確保被測(cè)樣件的表面溫度不會(huì)超出為所用探頭和耦合劑規(guī)定的溫度范圍的上限。某些雙晶探頭僅適用于在室溫下進(jìn)行測(cè)量。

2. 耦合劑

   要使用適用于操作環(huán)境溫度的耦合劑。所有高溫耦合劑在一定的溫度下都會(huì)蒸發(fā)，留下一層不能傳播聲能的硬性殘留物。我們提供的耦合劑所能承受的最高建議溫度如下。

   工件編號(hào)	說明	體積	應(yīng)用
   B2	甘油	0.06升	一般用途，更粘稠，具有較高的聲阻抗，是用于粗糙表面的理想耦合劑。在環(huán)境溫度下使用。
   D12	凝膠類	0.35升	用于粗糙表面、架空表面，或豎直壁面。在環(huán)境溫度下使用。
   H-2	高溫	0.06升	當(dāng)根據(jù)制造商推薦的程序要求，在很多開放的環(huán)境中使用時(shí)，其溫度范圍為-18 °C到400 °C。
   I-2	高溫	0.06升	溫度范圍為371 °C到538 °C；要了解更詳細(xì)信息，請(qǐng)參考安全數(shù)據(jù)表（SDS）。*

   * 在開放環(huán)境進(jìn)行的典型UT探傷和測(cè)厚應(yīng)用中，施用薄層耦合劑，可使所形成的少量氣體很快消散。但是，如果非常擔(dān)心耦合劑氣體會(huì)自燃（這種情況不太會(huì)發(fā)生），則不應(yīng)該在超過了安全數(shù)據(jù)表中規(guī)定的自燃溫度時(shí)使用這種耦合劑。

3. 測(cè)量速度

   測(cè)量要迅速，而且在進(jìn)行下一次測(cè)量前要使探頭體得到冷卻。高溫雙晶探頭帶有由耐熱材料制成的延遲塊，但是如果持續(xù)暴露在很高溫度下，探頭的內(nèi)部會(huì)加熱升溫，熱量達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)使探頭的粘接部位出現(xiàn)故障，從而使探頭受到損壞。在需要探頭短暫接觸被測(cè)表面的檢測(cè)應(yīng)用中，儀器的凍結(jié)功能非常有用，因?yàn)榭梢允棺x數(shù)保持在屏幕上。

4. 材料聲速和探頭零位偏移

   請(qǐng)記?。弘S著溫度的變化，材料聲速和探頭零位偏移也會(huì)產(chǎn)生變化。要在高溫下進(jìn)行準(zhǔn)確度很高的測(cè)量，需使用一段厚度已知的測(cè)試棒進(jìn)行聲速校準(zhǔn)，測(cè)試棒的溫度應(yīng)被加熱到實(shí)際被測(cè)材料具有的溫度。

   另一種辦法是使用我們的高級(jí)測(cè)厚儀，如39DL PLUS測(cè)厚儀，這類儀器裝有一種軟件，軟件經(jīng)過配置，可以根據(jù)已知溫度變化，自動(dòng)補(bǔ)償聲速。我們的所有腐蝕測(cè)厚儀都配備半自動(dòng)零位功能，可用于在高溫下調(diào)整零位設(shè)置。要了解詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱這款儀器的操作手冊(cè)。

   請(qǐng)參閱其他測(cè)厚儀和探傷儀的操作手冊(cè)，了解如何在高溫下補(bǔ)償零位偏移的信息。此外，在高溫下測(cè)量時(shí)，通常需要提高增益。我們的所有腐蝕測(cè)厚儀都提供持續(xù)調(diào)整增益或增強(qiáng)增益的功能，可實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。

5. 測(cè)量儀和探傷儀

超聲腐蝕測(cè)厚儀的目的是探測(cè)和測(cè)量從被測(cè)樣件內(nèi)壁反射的回波。材料中的不連續(xù)性，如缺陷、裂紋、空隙或分層，可能會(huì)產(chǎn)生波幅足以觸發(fā)測(cè)厚儀報(bào)警的回波，從而表明被測(cè)樣件的某個(gè)部位存在著不同尋常的壁厚減薄情況。

但是，腐蝕測(cè)厚儀不是為了探測(cè)缺陷或裂紋而設(shè)計(jì)的，不能依靠它來探測(cè)材料的不連續(xù)性。要正確評(píng)估材料的不連續(xù)性，需要由受過正規(guī)培訓(xùn)的操作人員使用一款超聲探傷儀，如EPOCH 6LT或EPOCH 650儀器，對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)。一般來說，對(duì)于腐蝕測(cè)厚儀無法解釋的任何讀數(shù)，都需要進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)。

使用雙晶探頭進(jìn)行腐蝕檢測(cè)

幾乎任何由普通結(jié)構(gòu)金屬制成的樣件都容易受到腐蝕。很多行業(yè)面臨的一個(gè)特別嚴(yán)重的問題是對(duì)內(nèi)側(cè)可能出現(xiàn)了銹蝕的管道、管材或箱罐的剩余壁厚進(jìn)行測(cè)量。在沒有切割或拆卸管道或箱罐的情況下，僅憑肉眼觀察，通常不能發(fā)現(xiàn)這類銹蝕缺陷。結(jié)構(gòu)性鋼梁，特別是橋梁的支柱和鋼樁，很容易受到腐蝕，而腐蝕會(huì)使金屬原來的壁厚減薄。如果出現(xiàn)了腐蝕，卻在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)沒有被發(fā)現(xiàn)，則腐蝕會(huì)蔓延，會(huì)減弱金屬壁的支撐強(qiáng)度，還可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)性損壞。

考慮到安全和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面的因素，我們需要對(duì)易受腐蝕的金屬管道、箱罐或結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢測(cè)。在這類腐蝕檢測(cè)應(yīng)用中，超聲檢測(cè)是一種已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可的無損檢測(cè)方式，而對(duì)銹蝕金屬的超聲檢測(cè)通常使用雙晶探頭完成。

工作原理

在腐蝕檢測(cè)中，常常會(huì)遇到不規(guī)則的表面。對(duì)不規(guī)則表面的檢測(cè)，雙晶探頭要優(yōu)于單晶探頭。所有超聲測(cè)厚過程都要計(jì)算超聲脈沖在被測(cè)材料中往返傳播所需的時(shí)間。由于固態(tài)金屬的聲阻抗與氣體、液體或腐蝕部位（如水垢或鐵銹）的聲阻抗不同，聲脈沖會(huì)從剩余金屬壁的遠(yuǎn)側(cè)表面反射回來。檢測(cè)儀器中編入了被測(cè)材料的聲速，并通過簡單的公式計(jì)算出壁厚：距離 = 聲速×?xí)r間。

用于腐蝕應(yīng)用的大多數(shù)測(cè)厚儀都會(huì)測(cè)量聲波第一次到達(dá)底面并返回到表面（在材料中傳播的往返聲程）所用的時(shí)間。很多儀器還可以測(cè)量多個(gè)連續(xù)回波之間的時(shí)間間隔。在測(cè)量帶有較厚漆層或類似涂層的材料壁厚時(shí)，這個(gè)技術(shù)非常實(shí)用，不過，在探測(cè)點(diǎn)蝕或測(cè)量帶有點(diǎn)蝕的管道或箱罐的真實(shí)最小壁厚時(shí)，回波到回波測(cè)量不是特別有效。

雙晶探頭包含一組發(fā)射晶片和一組接收晶片，這兩組晶片被分別安裝在切有固定屋頂角（與平面呈一定的角度）的延遲塊的兩部分上，這樣發(fā)射聲程和接收聲程可以在被測(cè)樣件的表面以下交匯在一起。雙晶探頭發(fā)出的聲束交匯在一起的設(shè)計(jì)，會(huì)產(chǎn)生一種偽聚焦效果，在腐蝕檢測(cè)應(yīng)用中可以優(yōu)化最小壁厚測(cè)量的操作。

在探測(cè)來自可代表最小剩余壁厚的點(diǎn)蝕底部的回波方面，雙晶探頭一般比單晶探頭的靈敏度更高。此外，在被測(cè)材料的外表面非常粗糙時(shí)，雙晶探頭通常可以更有效地完成檢測(cè)。陷入粗糙表面上孔洞中的耦合劑會(huì)生成長時(shí)振鈴界面回波，這種回波會(huì)干擾單晶探頭的近表面分辨率。雙晶探頭的接收器晶片則不太可能選擇這種無效的回波。最后要說的是，雙晶探頭可用于高溫測(cè)量，而單晶接觸式探頭在高溫下測(cè)量時(shí)，則會(huì)受到損壞。

用于腐蝕檢測(cè)應(yīng)用的設(shè)備

有多種小型手持式超聲測(cè)厚儀專門用于腐蝕測(cè)量應(yīng)用。一般來說，這些測(cè)厚儀需要與一組專用的雙晶探頭一起使用，在不同溫度條件下對(duì)各種厚度進(jìn)行檢測(cè)。在某些關(guān)鍵性的應(yīng)用中，特別是在溫度較高的情況下，用戶可能會(huì)要求使用一種超聲波形顯示視圖，以核查是否探測(cè)到了有效回波。

39DL PLUS超聲測(cè)厚儀的波形顯示視圖可滿足用戶的這種要求。有關(guān)這款儀器的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱儀器的數(shù)據(jù)表。另一款專用于這類檢測(cè)的儀器是45MG測(cè)厚儀。在腐蝕檢測(cè)應(yīng)用中，雙晶探頭可有效地與探傷儀一起使用。數(shù)字式探傷儀，如EPOCH系列（EPOCH 650和EPOCH 6LT探傷儀），不僅可以進(jìn)行厚度測(cè)量，還可以提供波形顯示視圖。

使用雙晶探頭進(jìn)行腐蝕厚度測(cè)量的程序

以下通用原理適用于所有使用雙晶探頭進(jìn)行的腐蝕測(cè)量應(yīng)用，無論是便攜式測(cè)厚儀還是探傷儀。需要牢記的是，在任何情況下，都要根據(jù)儀器操作手冊(cè)中講述的程序，以正確的方式校準(zhǔn)儀器的聲速和零位偏移。