李文全

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)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(jī)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(zhì)相同的試塊，進(jìn)行聲速、量程、測定范圍的調(diào)校，再通過計(jì)算材質(zhì)及耦合能量損失，提升檢測靈敏度，作為掃查基準(zhǔn)對超長管壁厚、進(jìn)行整體測量，解決因工件結(jié)構(gòu)、或在役使用等因素?zé)o法進(jìn)行壁厚測量的難點(diǎn)。

超長管； 超聲檢測； 管壁測量

0 引言

超長管常用于鋼鐵行業(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對管體壁厚進(jìn)行測量，但是對于長度較長、管體內(nèi)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(shí)也會采用測厚儀進(jìn)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(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)行了管壁測量的實(shí)驗(yàn)，通過圖1中可以看出該輥身全長4 300 mm，外徑Φ350 mm，內(nèi)徑Φ295 mm，且兩端各有長400 mm斜面，按技術(shù)要求測量管身每點(diǎn)的壁厚,通過工件結(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(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)行非破壞性測厚檢測實(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、測定范圍的調(diào)校，再通過計(jì)算材質(zhì)及耦合能量損失，提升檢測靈敏度，作為掃查基準(zhǔn)對超長管壁厚、進(jìn)行整體測量，經(jīng)過數(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#，為減小近場區(qū)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(shí)驗(yàn)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(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)定性對測量精度有直接影響，要求儀器每測量一小時(shí)復(fù)校一次，若讀數(shù)超過儀器允許誤差，則前一小時(shí)內(nèi)的測量數(shù)據(jù)應(yīng)予以復(fù)測。

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)選用無氣泡、粘度適宜的耦合劑,對于局部表面粗糙的點(diǎn)測量時(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,使測量面形成一層很薄的耦合劑,減少聲速通過耦合層的時(shí)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(yīng)作局部修磨,以使聲耦合良好)如尚未得到測量結(jié)果,在這種情況下應(yīng)以一個(gè)測量點(diǎn)為中心,在直徑為30 mm圓內(nèi)作多點(diǎn)測量,把顯示的最小值作為測量結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)過程

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)字超聲波探傷儀對其進(jìn)行檢測,選擇探頭型號為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(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(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)行測量(如圖2)，并通過管子軸中心，因工件外形結(jié)構(gòu)的原因，為保證整體檢測精度，對輥身兩端400 mm進(jìn)行每100 mm測量一點(diǎn)，中心部位每200 mm測量一點(diǎn)，在每點(diǎn)沿圓周方向間隔上、下2 mm測量一點(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量中探頭的分割面要為90°再測量1組數(shù)據(jù)，每點(diǎn)取較小值為被測工件厚度值，檢測結(jié)果見表1。

表1 熱處理輸出輥輥體測量數(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),在檢測過程中,某點(diǎn)的測量數(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,也會造成測量數(shù)值的改變。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

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

(2) 通過這次對超長管類產(chǎn)品輥身的壁厚檢測,認(rèn)定了超聲檢測探傷儀能夠準(zhǔn)確測量超長管類產(chǎn)品壁厚,彌補(bǔ)了其它計(jì)量器具無法做到的測厚工作,為生產(chǎn)超長管類設(shè)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(yùn)行的超長管類產(chǎn)品壁厚的監(jiān)測,隨時(shí)測量在役管道在運(yùn)行過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(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)專科，主要從事無損檢測工作。

TG333.17

B

1003-8884(2015)06-0027-03