超聲波測厚儀是承壓類特種設(shè)備檢驗檢測常用的測厚工具，但壁厚測定時常遇到示值失真現(xiàn)象。本文分析了影響測厚儀示值失真的各種因素，以期減小誤差獲得相對準(zhǔn)確的壁厚數(shù)據(jù)。

鍋爐、壓力容器及壓力管道等承壓類特種設(shè)備在高溫、高壓或腐蝕介質(zhì)的工況下長時間運行，會出現(xiàn)沖刷、磨損、腐蝕等情況，這將導(dǎo)致設(shè)備壁厚逐漸減薄，需要定期對設(shè)備進行壁厚測量。超聲波測厚儀由于操作簡單，攜帶方便，測量準(zhǔn)確度較高，被廣泛應(yīng)用于承壓類特種設(shè)備的檢驗檢測中。

超聲波測厚儀測量的數(shù)據(jù)是判斷設(shè)備壁厚是否減薄的重要依據(jù)，但在實際檢驗檢測工作中，時常遇到測厚儀示值波動較大或出現(xiàn)異常值的情況，即“失真”現(xiàn)象，與真實情況相比產(chǎn)生較大誤差，若對示值失真處理不當(dāng)將會造成材料的浪費甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，如何正確分析測厚儀示值失真的因素對設(shè)備安全、穩(wěn)定、GX運行顯得尤為重要。

超聲波測厚儀示值失真因素分析

在進行鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗檢測時，當(dāng)設(shè)備中的缺陷一旦達到一定面積或尺寸時，入射脈沖波就會在缺陷部位發(fā)生反射，此時儀器接收到的反射信號反映的厚度(深度)就是缺陷所在部位的厚度(深度)。通常情況下，超聲波的傳播路徑發(fā)生了變化則可能產(chǎn)生折射或產(chǎn)生波型變換，有時會產(chǎn)生“增值”或其它變化，導(dǎo)致了失真現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，在排除因儀器本身、探頭和操作方法等因素的影響外，導(dǎo)致示值異常的因素通常是表面接觸情況和測量對象自身屬性。

1、表面接觸情況導(dǎo)致示值失真

1.1耦合劑的影響

耦合劑可以排除探頭和被測設(shè)備金屬表面之間的空氣，保證超聲波探頭與被測工件表面有效接觸，利于超聲波由表面進入工件，達到檢測目的。選擇耦合劑的種類或使用方法要得當(dāng)，否則將可能造成誤差或無法測定。應(yīng)根據(jù)被測工件的表面狀況、聲阻抗和被測設(shè)備的特殊要求等情況選擇合適的耦合劑種類。

當(dāng)在光滑材料表面進行測定時，應(yīng)盡量選用低黏度的耦合劑如機油；當(dāng)在粗糙表面、垂直表面測定時，應(yīng)使用黏度高的耦合劑如甘油、水玻璃、漿糊等。高溫工件表面應(yīng)選用高溫耦合劑。對有禁油要求的設(shè)備檢測時必須使用無油的耦合劑。耦合劑應(yīng)涂抹均勻，使用適量，通常情況下應(yīng)將耦合劑涂抹在被測材料表面，再進行測定，但測量高溫工件時，耦合劑應(yīng)均勻涂抹在探頭上，然后再與工件表面接觸進行測定。

1.2被測對象表面平整度、光潔度的影響

被測對象表面粗糙度過大，光潔度過低，容易造成探頭與接觸面耦合效果差，甚至無法接收到回波信號，如被測金屬表面銹蝕、氧化物、油漆層和沉淀物等。對銹蝕、氧化物、油漆層可通過砂、磨、挫等方法對表面進行處理，降低粗糙度，同時也可以將氧化物及油漆層進行打磨，露出金屬光澤，提高耦合效果。

對于沉淀物，一般情況下其聲阻抗與金屬壁面相比小很多，因此絕大部分超聲波在金屬壁面和沉淀物的界面處被反射，基本對測厚不產(chǎn)生影響。但對于一些特殊的沉淀物如硫化物層，它的聲阻抗與金屬壁面幾乎相同，將會導(dǎo)致實測壁厚增大。因此測厚時可以先用錘子將沉淀物敲打除去，使附著物脫落后再進行測定。

當(dāng)被測金屬壁面另一側(cè)有腐蝕凹坑時，聲波衰減較大，且分散，導(dǎo)致探頭無法接收到穩(wěn)定的回波，超聲波測厚儀讀數(shù)呈現(xiàn)無規(guī)則變化，甚至?xí)霈F(xiàn)無讀數(shù)的情況，因此測定時應(yīng)選擇合適的方法盡量增加測點數(shù)量。

2、測量對象自身屬性導(dǎo)致示值失真

2.1材料聲速的影響

超聲波在不同的材料中傳播速度是不一樣的，由超聲波測厚儀的原理可知，測量厚度與聲速成正反比，采用不同的聲速測出的結(jié)果必然不同，因此測厚之前要先選擇與測量對象相適應(yīng)的聲速。然而，特殊情況下，即便為同一種材料，由于各自冶金、加工、熱處理工藝的不同，其聲速值也會不同。如果材質(zhì)不均勻，不同的區(qū)域還會存在不同的聲速。超聲波測厚時通常采用材料的平均聲速，雖然由此引起的聲速差異不太大，但也會給測厚帶來一定的誤差。

2.2氫腐蝕的影響

在對一些石化裝置檢驗檢測時，經(jīng)常會對一些臨氫介質(zhì)的壓力容器進行壁厚測定，若發(fā)現(xiàn)壁厚出現(xiàn)“增值”情況，則應(yīng)考慮氫腐蝕的可能性。氫腐蝕是指高溫下(一般溫度200℃以上)氫和鋼中的滲碳體(Fe3C)發(fā)生還原作用生成甲烷而導(dǎo)致沿晶界的腐蝕，形成的甲烷使晶界產(chǎn)生大量的微裂紋，并出現(xiàn)明顯的脫碳，超聲波的衰減、反射、聲速與頻率都受此影響。

材料受到腐蝕后，晶界受到破壞，晶粒與晶粒之間產(chǎn)生了縫隙，迫使聲波的傳播路線改變，聲程增大，相當(dāng)于壁厚增加。對于懷疑出現(xiàn)氫腐蝕的設(shè)備，應(yīng)采用超聲波探傷儀進行探測先查明氫腐蝕分布情況，必要時進行金相檢驗，從而對設(shè)備能否安全運行做出客觀評價。

2.3分層缺陷存在的影響

對鋼板進行壁厚測定時，可能在某一部位會出現(xiàn)內(nèi)外壁面光潔、平整且無腐蝕凹坑，但采用超聲波測厚儀測出的數(shù)據(jù)與鋼板名義厚度相比偏低較多，即出現(xiàn)“減值”情況，此時，可懷疑鋼板局部是否存在分層缺陷。鋼板分層是一種常見缺陷，它可加劇鋼板力學(xué)性能惡化速率，尤其沿厚度方向的力學(xué)性能顯著降低。分層缺陷在厚度較大的鋼板中容易出現(xiàn)(一般30mm厚度以上)，厚度較薄的鋼板中很少出現(xiàn)，且規(guī)格越厚，分層缺陷越明顯。

其分層機理為：鋼水中S含量偏高時，在鋼水凝固進程中，S和Mn元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成MnS夾雜。軋制過程中，硫化物夾雜沿軋制方向變形為長條狀，在剪切過程中，受到拉應(yīng)力的作用塑性硫化物夾雜產(chǎn)生長且窄的滑移帶，滑移帶上的位錯被阻塞在夾雜物和基體的界面處，造成該處的應(yīng)力集中并導(dǎo)致界面處首先產(chǎn)生空洞;隨著應(yīng)力的增大，空洞互相連通形成微裂紋且進一步擴展，促使相鄰夾雜物引起的裂紋連通形成平臺，進而形成宏觀分層。

超聲波測厚儀測厚數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真并懷疑存在分層缺陷時，可采用超聲波探傷儀進行檢測驗證，超聲波探傷儀由于探頭較大、聲束大、聲能較強，聲波遇到缺陷時既能測出缺陷深度，又能到達底面才反射，從而可測出鋼板的實際壁厚，必要時采用金相進一步確認(rèn)。

2.4組織不均勻或晶粒粗大對超聲波傳播的影響

超聲波在組織不均或晶粒粗大的鑄件及奧氏體鋼中傳播時聲波衰減嚴(yán)重，傳播路徑及方向發(fā)生改變，甚至掩蓋回波信號，造成測厚數(shù)值無法正常顯示或顯示失真的情況。針對這些材質(zhì)進行測厚前，要考慮選擇頻率較低的粗晶專用探頭，如2.5MHz。

2.5溫度的影響

被測工件的溫度可對測厚結(jié)果產(chǎn)生重要影響，超聲波在有機玻璃和一般固體材料傳播速度會隨溫度的升高而降低，傳播時間相應(yīng)延長。有關(guān)試驗數(shù)據(jù)表明，熱態(tài)材料每增加100℃，聲速下降1%，壁厚測定前操作人員若不進行儀器校正，增加零點調(diào)節(jié)脈沖的寬度，所測厚度將會失真。一般的超聲波測厚儀的適用溫度范圍為-10～50℃，但對于高溫在役設(shè)備如石油化工等部門的高溫壓力管道，溫度甚至高達400℃，極易出現(xiàn)腐蝕情況，此時應(yīng)根據(jù)具體情況選用高溫探頭和高溫專用耦合劑來減小溫度對測厚帶來的影響。

結(jié)語

壁厚測定是鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗檢測時要做的一項非常重要的工作，設(shè)備長時間運行后，壁厚是否發(fā)生改變要由超聲波測厚儀測得的數(shù)據(jù)來衡量。在實際檢測工作中遇到示值失真時，要根據(jù)設(shè)備具體使用環(huán)境和使用溫度、壓力、介質(zhì)及各項影響失真的因素進行認(rèn)真排查和具體分析，必要時采用超聲波探傷儀和金相來進行驗證，以獲得相對客觀、真實的測量結(jié)果，才能確保設(shè)備安全、平穩(wěn)地運行。