李文全

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

超長(zhǎng)管壁厚測(cè)量方法淺析

李文全

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

本文通過(guò)采用超聲檢測(cè)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(zhì)相同的試塊，進(jìn)行聲速、量程、測(cè)定范圍的調(diào)校，再通過(guò)計(jì)算材質(zhì)及耦合能量損失，提升檢測(cè)靈敏度，作為掃查基準(zhǔn)對(duì)超長(zhǎng)管壁厚、進(jìn)行整體測(cè)量，解決因工件結(jié)構(gòu)、或在役使用等因素?zé)o法進(jìn)行壁厚測(cè)量的難點(diǎn)。

超長(zhǎng)管； 超聲檢測(cè)； 管壁測(cè)量

0 引言

超長(zhǎng)管常用于鋼鐵行業(yè)軋輥、熱處理爐輸入、輸出輥、焊接滾床輥身等領(lǐng)域，衡量該管承載能力的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)就是管體的壁厚，通常選用內(nèi)徑千分尺、游標(biāo)卡尺、百分表或制作工裝量具來(lái)對(duì)管體壁厚進(jìn)行測(cè)量，但是對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)、管體內(nèi)徑較小的超長(zhǎng)管選用上述量具無(wú)法滿足整體管壁的測(cè)量，對(duì)于壁厚較薄的管體有時(shí)也會(huì)采用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量，但是對(duì)于管壁較厚或晶粒度較粗的管體采用測(cè)厚儀就無(wú)法測(cè)量了，對(duì)此本文以為上海寶鋼生產(chǎn)的連續(xù)式熱處理爐輸出輥輥身(如圖1)為例，材質(zhì)為20#，規(guī)格為Φ350 mm×4 300 mm×27.5 mm進(jìn)行了管壁測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)圖1中可以看出該輥身全長(zhǎng)4 300 mm，外徑Φ350 mm，內(nèi)徑Φ295 mm，且兩端各有長(zhǎng)400 mm斜面，按技術(shù)要求測(cè)量管身每點(diǎn)的壁厚,通過(guò)工件結(jié)構(gòu)可以看出，若采用內(nèi)徑千分尺、游標(biāo)卡

尺、百分表或制作工裝量具等計(jì)量器具對(duì)輥身兩端各400 mm范圍管壁測(cè)量是可以滿足的，但是在軸向尺寸3 500 mm范圍是無(wú)法測(cè)量的。為了達(dá)到合同技術(shù)要求,實(shí)驗(yàn)決定采用超聲波脈沖反射回波原理,依據(jù)厚度(δ)等于材料聲速與聲波傳播時(shí)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(shí)間，s。

進(jìn)行非破壞性測(cè)厚檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。以制作與輥身曲率相近、材質(zhì)相同的試塊，進(jìn)行聲速、量程、測(cè)定范圍的調(diào)校，再通過(guò)計(jì)算材質(zhì)及耦合能量損失，提升檢測(cè)靈敏度，作為掃查基準(zhǔn)對(duì)超長(zhǎng)管壁厚、進(jìn)行整體測(cè)量，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得出最小數(shù)值就是管壁厚度，解決因工件結(jié)構(gòu)、或在役使用等因素?zé)o法進(jìn)行壁厚測(cè)量的難點(diǎn)。

圖1 熱處理爐輸出輥身

1 制定實(shí)驗(yàn)預(yù)案

(1)制作與輥身曲率相近、材質(zhì)相同的試塊，進(jìn)行聲速、量程、測(cè)定范圍的調(diào)校，如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)試塊

(2)因工件壁厚27.5 mm材質(zhì)為20#，為減小近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)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(cè)精度選用小晶片探頭，故此本次實(shí)驗(yàn)選用探頭型號(hào)為2P14D。

(3)為避免因工件曲率大引起的底波能量損失，通過(guò)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(jìn)行計(jì)算，作為掃查靈敏度提升依據(jù)[1]。

2 實(shí)驗(yàn)要求

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器要求

儀器計(jì)時(shí)電路的線性及穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量精度有直接影響，要求儀器每測(cè)量一小時(shí)復(fù)校一次，若讀數(shù)超過(guò)儀器允許誤差，則前一小時(shí)內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)予以復(fù)測(cè)。

2.2 耦合劑要求

根據(jù)被檢輥身表面的狀態(tài)及聲阻抗，應(yīng)選用無(wú)氣泡、粘度適宜的耦合劑,對(duì)于局部表面粗糙的點(diǎn)測(cè)量時(shí),應(yīng)適當(dāng)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(shí),應(yīng)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(cè)量面形成一層很薄的耦合劑,減少聲速通過(guò)耦合層的時(shí)間,提高測(cè)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(cè)量精

度，粗糙表面會(huì)影響測(cè)量靈敏度(一般應(yīng)作局部修磨,以使聲耦合良好)如尚未得到測(cè)量結(jié)果,在這種情況下應(yīng)以一個(gè)測(cè)量點(diǎn)為中心,在直徑為30 mm圓內(nèi)作多點(diǎn)測(cè)量,把顯示的最小值作為測(cè)量結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

3.1 設(shè)備的選用

根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)案，選用PXUT- 3030可記錄數(shù)字超聲波探傷儀對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),選擇探頭型號(hào)為2P14D。

3.2 儀器校準(zhǔn)

將實(shí)驗(yàn)實(shí)塊表面進(jìn)行修磨,以使聲耦合良好，加入適宜的耦合劑，滿足超聲測(cè)量條件。然后，進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn)，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(zhǎng)λ=聲速C/頻率f,已知工件距探測(cè)表面的厚度X=27.5 mm，選用Df=Φ5做為靈敏度依據(jù)，調(diào)節(jié)第一次底波高度為顯示屏滿刻度的80%，以此作為基準(zhǔn)靈敏度。通過(guò)大平底計(jì)算Δ=20lg2λX/πDf2+10lgd/D提高Δ=5.5 dB作為掃查靈敏度。

3.3 工件測(cè)量

去除輥身測(cè)量面覆蓋層(油污、氧化皮、油漆等)，對(duì)于表面過(guò)于粗糙的測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)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(jìn)行測(cè)量(如圖2)，并通過(guò)管子軸中心，因工件外形結(jié)構(gòu)的原因，為保證整體檢測(cè)精度，對(duì)輥身兩端400 mm進(jìn)行每100 mm測(cè)量一點(diǎn)，中心部位每200 mm測(cè)量一點(diǎn)，在每點(diǎn)沿圓周方向間隔上、下2 mm測(cè)量一點(diǎn)，取三點(diǎn)最小值為管體壁厚實(shí)際數(shù)值，為確保管體整體壁厚在測(cè)量中探頭的分割面要為90°再測(cè)量1組數(shù)據(jù)，每點(diǎn)取較小值為被測(cè)工件厚度值，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 熱處理輸出輥輥體測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

4 實(shí)驗(yàn)分析

采用超聲縱波法連續(xù)記錄方式折線掃查(見圖3)，取最短距離進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shí)發(fā)生偏移

或在加工時(shí)存在誤差，則需修正，異常數(shù)字的出現(xiàn),在檢測(cè)過(guò)程中,某點(diǎn)的測(cè)量數(shù)字大于輥身的壁厚,當(dāng)將探頭稍做偏移此點(diǎn),數(shù)值又回到正常范圍數(shù)值,這種情況的出現(xiàn)就是曲面測(cè)量誤差,它增加了聲波的行程,因而導(dǎo)致數(shù)值變大。有時(shí)管內(nèi)壁的凸凹不平,也會(huì)造成測(cè)量數(shù)值的改變。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

(1) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)研究，證明了超聲檢測(cè)在工業(yè)化生產(chǎn)超長(zhǎng)管類產(chǎn)品壁厚測(cè)量中具有實(shí)用性。

(2) 通過(guò)這次對(duì)超長(zhǎng)管類產(chǎn)品輥身的壁厚檢測(cè),認(rèn)定了超聲檢測(cè)探傷儀能夠準(zhǔn)確測(cè)量超長(zhǎng)管類產(chǎn)品壁厚,彌補(bǔ)了其它計(jì)量器具無(wú)法做到的測(cè)厚工作,為生產(chǎn)超長(zhǎng)管類設(shè)備的厚度測(cè)量工作開拓了測(cè)量渠道。

(3) 這種測(cè)厚方法同樣也可以用在在役運(yùn)行的超長(zhǎng)管類產(chǎn)品壁厚的監(jiān)測(cè),隨時(shí)測(cè)量在役管道在運(yùn)行過(guò)程中受腐蝕減薄的程度,確保安全運(yùn)行。

[1] 遼寧省特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)人員資格考核委員會(huì)編.超聲波檢測(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧大學(xué)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(nèi)蒙古赤峰人，工程師，大學(xué)?？?，主要從事無(wú)損檢測(cè)工作。

TG333.17

B

1003-8884(2015)06-0027-03