超長管壁厚測量方法淺析

李文全

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

超長管壁厚測量方法淺析

李文全

(中國有色(沈陽)冶金機械有限公司， 遼寧 沈陽 110141)

本文通過采用超聲檢測方法利用超聲波脈沖反射原理,以制作與輥身曲率相近、材質相同的試塊，進行聲速、量程、測定范圍的調校，再通過計算材質及耦合能量損失，提升檢測靈敏度，作為掃查基準對超長管壁厚、進行整體測量，解決因工件結構、或在役使用等因素無法進行壁厚測量的難點。

超長管； 超聲檢測； 管壁測量

0 引言

超長管常用于鋼鐵行業軋輥、熱處理爐輸入、輸出輥、焊接滾床輥身等領域，衡量該管承載能力的一個重要技術指標就是管體的壁厚，通常選用內徑千分尺、游標卡尺、百分表或制作工裝量具來對管體壁厚進行測量，但是對于長度較長、管體內徑較小的超長管選用上述量具無法滿足整體管壁的測量，對于壁厚較薄的管體有時也會采用測厚儀進行測量，但是對于管壁較厚或晶粒度較粗的管體采用測厚儀就無法測量了，對此本文以為上海寶鋼生產的連續式熱處理爐輸出輥輥身(如圖1)為例，材質為20#，規格為Φ350 mm×4 300 mm×27.5 mm進行了管壁測量的實驗，通過圖1中可以看出該輥身全長4 300 mm，外徑Φ350 mm，內徑Φ295 mm，且兩端各有長400 mm斜面，按技術要求測量管身每點的壁厚,通過工件結構可以看出，若采用內徑千分尺、游標卡

尺、百分表或制作工裝量具等計量器具對輥身兩端各400 mm范圍管壁測量是可以滿足的，但是在軸向尺寸3 500 mm范圍是無法測量的。為了達到合同技術要求,實驗決定采用超聲波脈沖反射回波原理,依據厚度(δ)等于材料聲速與聲波傳播時間(往返聲程)一半的乘積：

δ=(vt)/2

(1)

式中δ—材料厚度，mm；v—聲速，mm/s；t—聲波在材料中往返一次的傳播時間，s。

進行非破壞性測厚檢測實驗。以制作與輥身曲率相近、材質相同的試塊，進行聲速、量程、測定范圍的調校，再通過計算材質及耦合能量損失，提升檢測靈敏度，作為掃查基準對超長管壁厚、進行整體測量，經過數據分析得出最小數值就是管壁厚度，解決因工件結構、或在役使用等因素無法進行壁厚測量的難點。

圖1 熱處理爐輸出輥身

1 制定實驗預案

(1)制作與輥身曲率相近、材質相同的試塊，進行聲速、量程、測定范圍的調校，如圖2所示。

圖2 實驗試塊

(2)因工件壁厚27.5 mm材質為20#，為減小近場區長度及聲速衰減選用低頻探頭；因工件為曲率較大的工件，為提高定位檢測精度選用小晶片探頭，故此本次實驗選用探頭型號為2P14D。

(3)為避免因工件曲率大引起的底波能量損失，通過同距離處圓柱曲底面與平底孔反射波的分貝差公式Δ=20lg2λx/πDf2+10lgd/D進行計算，作為掃查靈敏度提升依據[1]。

2 實驗要求

2.1 實驗儀器要求

儀器計時電路的線性及穩定性對測量精度有直接影響，要求儀器每測量一小時復校一次，若讀數超過儀器允許誤差，則前一小時內的測量數據應予以復測。

2.2 耦合劑要求

根據被檢輥身表面的狀態及聲阻抗，應選用無氣泡、粘度適宜的耦合劑,對于局部表面粗糙的點測量時,應適當增加耦合劑的用量及粘度,選擇比較稠的耦合劑,使探頭和工件之間有良好的聲耦合。

2.3 探頭與工件接觸要求

探頭與工件接觸時,應在探頭上加一定壓力(20 N～30 N),保證探頭與工件之間有良好的聲耦合,并且排除多余的耦合劑,使測量面形成一層很薄的耦合劑,減少聲速通過耦合層的時間,提高測量精度。

2.4 工件表面光潔度的要求

表面平行或同心的工件可得到較高的測量精

度，粗糙表面會影響測量靈敏度(一般應作局部修磨,以使聲耦合良好)如尚未得到測量結果,在這種情況下應以一個測量點為中心,在直徑為30 mm圓內作多點測量,把顯示的最小值作為測量結果。

3 實驗過程

3.1 設備的選用

根據實驗預案，選用PXUT- 3030可記錄數字超聲波探傷儀對其進行檢測,選擇探頭型號為2P14D。

3.2 儀器校準

將實驗實塊表面進行修磨,以使聲耦合良好，加入適宜的耦合劑，滿足超聲測量條件。然后，進行零點校驗，選用頻率f=2 MHzΦ14 mm的縱波探頭，超聲在鋼中的縱波傳播速度C=5 900 m/s,則波長λ=聲速C/頻率f,已知工件距探測表面的厚度X=27.5 mm，選用Df=Φ5做為靈敏度依據，調節第一次底波高度為顯示屏滿刻度的80%，以此作為基準靈敏度。通過大平底計算Δ=20lg2λX/πDf2+10lgd/D提高Δ=5.5 dB作為掃查靈敏度。

3.3 工件測量

去除輥身測量面覆蓋層(油污、氧化皮、油漆等)，對于表面過于粗糙的測量點，進行修磨。施加適量均勻的耦合劑，并在探頭上施加一定壓力(20 N～30 N)，探頭軸中心線與管子軸中心線垂直進行測量(如圖2)，并通過管子軸中心，因工件外形結構的原因，為保證整體檢測精度，對輥身兩端400 mm進行每100 mm測量一點，中心部位每200 mm測量一點，在每點沿圓周方向間隔上、下2 mm測量一點，取三點最小值為管體壁厚實際數值，為確保管體整體壁厚在測量中探頭的分割面要為90°再測量1組數據，每點取較小值為被測工件厚度值，檢測結果見表1。

表1 熱處理輸出輥輥體測量數據統計表 單位：mm

4 實驗分析

采用超聲縱波法連續記錄方式折線掃查(見圖3)，取最短距離進行數據統計分析。

圖3 超聲掃查方式

理論分析尚且如此，但若管在放置時發生偏移

或在加工時存在誤差，則需修正，異常數字的出現,在檢測過程中,某點的測量數字大于輥身的壁厚,當將探頭稍做偏移此點,數值又回到正常范圍數值,這種情況的出現就是曲面測量誤差,它增加了聲波的行程,因而導致數值變大。有時管內壁的凸凹不平,也會造成測量數值的改變。

5 實驗結論

(1) 通過本次實驗研究，證明了超聲檢測在工業化生產超長管類產品壁厚測量中具有實用性。

(2) 通過這次對超長管類產品輥身的壁厚檢測,認定了超聲檢測探傷儀能夠準確測量超長管類產品壁厚,彌補了其它計量器具無法做到的測厚工作,為生產超長管類設備的厚度測量工作開拓了測量渠道。

(3) 這種測厚方法同樣也可以用在在役運行的超長管類產品壁厚的監測,隨時測量在役管道在運行過程中受腐蝕減薄的程度,確保安全運行。

[1] 遼寧省特種設備無損檢測人員資格考核委員會編.超聲波檢測[M].沈陽：遼寧大學出版社，2008.

Analyses of Thickness Measurement Method for Super Long Tube

LI Wen-quan

By using ultrasonic testing method and ultrasonic pulse reflection principle, the paper makes test block of close curvature and same material to the roll body, checks sound velocity, range, measurement range, improves the detection sensitivity through the coupling calculation of material and energy loss, measures thickness of super long tube compared with the test block, solves difficulties of thickness measurement because of workpiece structure or in service condition.

super long tube；ultrasonic testing；tube wall measurement

2015-08-26

李文全(1984-)，男，內蒙古赤峰人，工程師，大學專科，主要從事無損檢測工作。

TG333.17

B

1003-8884(2015)06-0027-03