无缝钢管全管体自动化超声波测厚

　　引言

　　为了保证足够的安全寿命,在腐蚀介质下工作的无缝钢管,需要保证其最小壁厚。用作车载气瓶等移动式压力容器壳体的钢管,为了同时保证其承压能力和装载量,对钢管的最大壁厚和最小壁厚都要严格控制。为此,希望无缝钢管所有位置的厚度都得到控制,把满足这种要求的测厚称作全长测厚或100%测厚,本文称之为“全管体测厚”,并将介绍全管体超声波自动测厚的技术要点。

　　1　超声波自动测厚的原理

　　超声波测厚的基本原理:以测量得到的底波渡越时间乘以声速获得壁厚的测量值。

　　普通的便携式超声波测厚仪,是利用校准试块通过调整声速和零点来校准仪器的(零点的校准由仪器自动完成)。仪器一般采用双晶探头,以“一发一收”方式工作,声程总是大于壁厚,其差值随被测对象厚度的增大而减小。因此,钢管壁厚较厚时,用安装在测厚仪上的小型校准试块来校准仪器会带来较大的测量误差(随机提供的校准试块一般较薄)。此时,必须用大于和小于被测壁厚的两个试块进行校准,修正上述误差。

　　在自动测厚中,为了提高检测速度,往往采用多通道仪器。若像校准便携式测厚仪那样对每个探头进行逐个校准,显然是很繁琐的,故此引入单晶探头直射法。此方法不存在声程差的问题,因而不需要进行零点校准,只要测量两次底波之间渡越时间便可获得壁厚的测量值。在测量不同材料钢管时,只要设定正确的声速值,即可测出正确的厚度值。

　　2　全管体超声波自动测厚的技术要点

　　2.1　耦合方式

　　根据机械设备结构特点分别采用了局部水浸法、喷水探头法、延迟块法。受延迟块材料衰减系数较大的影响,延迟块法一般用于壁厚不大于30mm的场合。水层或延迟块中的渡越时间一般不小于管壁间渡越时间的2.5倍。典型的回波图形如图1所示。

　　2.2　探头的选择

　　2.2.1　探测频率

　　探测频率的提高一方面提高了分辨力,一方面是在指向角相同时可减小晶片的直径,为减小测量点的轴向间距(决定了探头声场的覆盖范围)创造了条件。但过高的频率会产生材料结构噪声信号的干扰。一般情况下,当管子的壁厚为10～100mm时频率为5MHz是实用的。当管子的壁厚小于10mm时适当提高频率效果会更好。

　　2.2.2　脉冲宽度与显示波形

　　为了正确的采集到渡越时间的数值,一般情况下大都推荐选用窄脉冲探头。就实用的角度看,测试壁厚不小于10mm时,利用射频信号或半波检波信号,脉冲宽度不大于五个周期也能满足使用要求(见图2(a),2(b),2(d))。