超长管壁厚测量方法浅析

李文全

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

超长管壁厚测量方法浅析

李文全

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司， 辽宁 沈阳 110141)

本文通过采用超声检测方法利用超声波脉冲反射原理,以制作与辊身曲率相近、材质相同的试块，进行声速、量程、测定范围的调校，再通过计算材质及耦合能量损失，提升检测灵敏度，作为扫查基准对超长管壁厚、进行整体测量，解决因工件结构、或在役使用等因素无法进行壁厚测量的难点。

超长管； 超声检测； 管壁测量

0 引言

超长管常用于钢铁行业轧辊、热处理炉输入、输出辊、焊接滚床辊身等领域，衡量该管承载能力的一个重要技术指标就是管体的壁厚，通常选用内径千分尺、游标卡尺、百分表或制作工装量具来对管体壁厚进行测量，但是对于长度较长、管体内径较小的超长管选用上述量具无法满足整体管壁的测量，对于壁厚较薄的管体有时也会采用测厚仪进行测量，但是对于管壁较厚或晶粒度较粗的管体采用测厚仪就无法测量了，对此本文以为上海宝钢生产的连续式热处理炉输出辊辊身(如图1)为例，材质为20#，规格为Φ350 mm×4 300 mm×27.5 mm进行了管壁测量的实验，通过图1中可以看出该辊身全长4 300 mm，外径Φ350 mm，内径Φ295 mm，且两端各有长400 mm斜面，按技术要求测量管身每点的壁厚,通过工件结构可以看出，若采用内径千分尺、游标卡

尺、百分表或制作工装量具等计量器具对辊身两端各400 mm范围管壁测量是可以满足的，但是在轴向尺寸3 500 mm范围是无法测量的。为了达到合同技术要求,实验决定采用超声波脉冲反射回波原理,依据厚度(δ)等于材料声速与声波传播时间(往返声程)一半的乘积：

δ=(vt)/2

(1)

式中δ—材料厚度，mm；v—声速，mm/s；t—声波在材料中往返一次的传播时间，s。

进行非破坏性测厚检测实验。以制作与辊身曲率相近、材质相同的试块，进行声速、量程、测定范围的调校，再通过计算材质及耦合能量损失，提升检测灵敏度，作为扫查基准对超长管壁厚、进行整体测量，经过数据分析得出最小数值就是管壁厚度，解决因工件结构、或在役使用等因素无法进行壁厚测量的难点。

图1 热处理炉输出辊身

1 制定实验预案

(1)制作与辊身曲率相近、材质相同的试块，进行声速、量程、测定范围的调校，如图2所示。

图2 实验试块

(2)因工件壁厚27.5 mm材质为20#，为减小近场区长度及声速衰减选用低频探头；因工件为曲率较大的工件，为提高定位检测精度选用小晶片探头，故此本次实验选用探头型号为2P14D。

(3)为避免因工件曲率大引起的底波能量损失，通过同距离处圆柱曲底面与平底孔反射波的分贝差公式Δ=20lg2λx/πDf2+10lgd/D进行计算，作为扫查灵敏度提升依据[1]。

2 实验要求

2.1 实验仪器要求

仪器计时电路的线性及稳定性对测量精度有直接影响，要求仪器每测量一小时复校一次，若读数超过仪器允许误差，则前一小时内的测量数据应予以复测。

2.2 耦合剂要求

根据被检辊身表面的状态及声阻抗，应选用无气泡、粘度适宜的耦合剂,对于局部表面粗糙的点测量时,应适当增加耦合剂的用量及粘度,选择比较稠的耦合剂,使探头和工件之间有良好的声耦合。

2.3 探头与工件接触要求

探头与工件接触时,应在探头上加一定压力(20 N～30 N),保证探头与工件之间有良好的声耦合,并且排除多余的耦合剂,使测量面形成一层很薄的耦合剂,减少声速通过耦合层的时间,提高测量精度。

2.4 工件表面光洁度的要求

表面平行或同心的工件可得到较高的测量精

度，粗糙表面会影响测量灵敏度(一般应作局部修磨,以使声耦合良好)如尚未得到测量结果,在这种情况下应以一个测量点为中心,在直径为30 mm圆内作多点测量,把显示的最小值作为测量结果。

3 实验过程

3.1 设备的选用

根据实验预案，选用PXUT- 3030可记录数字超声波探伤仪对其进行检测,选择探头型号为2P14D。

3.2 仪器校准

将实验实块表面进行修磨,以使声耦合良好，加入适宜的耦合剂，满足超声测量条件。然后，进行零点校验，选用频率f=2 MHzΦ14 mm的纵波探头，超声在钢中的纵波传播速度C=5 900 m/s,则波长λ=声速C/频率f,已知工件距探测表面的厚度X=27.5 mm，选用Df=Φ5做为灵敏度依据，调节第一次底波高度为显示屏满刻度的80%，以此作为基准灵敏度。通过大平底计算Δ=20lg2λX/πDf2+10lgd/D提高Δ=5.5 dB作为扫查灵敏度。

3.3 工件测量

去除辊身测量面覆盖层(油污、氧化皮、油漆等)，对于表面过于粗糙的测量点，进行修磨。施加适量均匀的耦合剂，并在探头上施加一定压力(20 N～30 N)，探头轴中心线与管子轴中心线垂直进行测量(如图2)，并通过管子轴中心，因工件外形结构的原因，为保证整体检测精度，对辊身两端400 mm进行每100 mm测量一点，中心部位每200 mm测量一点，在每点沿圆周方向间隔上、下2 mm测量一点，取三点最小值为管体壁厚实际数值，为确保管体整体壁厚在测量中探头的分割面要为90°再测量1组数据，每点取较小值为被测工件厚度值，检测结果见表1。

表1 热处理输出辊辊体测量数据统计表 单位：mm

4 实验分析

采用超声纵波法连续记录方式折线扫查(见图3)，取最短距离进行数据统计分析。

图3 超声扫查方式

理论分析尚且如此，但若管在放置时发生偏移

或在加工时存在误差，则需修正，异常数字的出现,在检测过程中,某点的测量数字大于辊身的壁厚,当将探头稍做偏移此点,数值又回到正常范围数值,这种情况的出现就是曲面测量误差,它增加了声波的行程,因而导致数值变大。有时管内壁的凸凹不平,也会造成测量数值的改变。

5 实验结论

(1) 通过本次实验研究，证明了超声检测在工业化生产超长管类产品壁厚测量中具有实用性。

(2) 通过这次对超长管类产品辊身的壁厚检测,认定了超声检测探伤仪能够准确测量超长管类产品壁厚,弥补了其它计量器具无法做到的测厚工作,为生产超长管类设备的厚度测量工作开拓了测量渠道。

(3) 这种测厚方法同样也可以用在在役运行的超长管类产品壁厚的监测,随时测量在役管道在运行过程中受腐蚀减薄的程度,确保安全运行。

[1] 辽宁省特种设备无损检测人员资格考核委员会编.超声波检测[M].沈阳：辽宁大学出版社，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，内蒙古赤峰人，工程师，大学专科，主要从事无损检测工作。

TG333.17

B

1003-8884(2015)06-0027-03