導(dǎo)波檢測(cè)鋼板下表面腐蝕區(qū)域及連續(xù)測(cè)厚法測(cè)定最小壁厚

楊育偉　朱 穩(wěn)　黎 明

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院　西安　710065）

導(dǎo)波檢測(cè)鋼板下表面腐蝕區(qū)域及連續(xù)測(cè)厚法測(cè)定最小壁厚

楊育偉朱 穩(wěn)黎 明

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院西安710065）

本文討論了超聲波導(dǎo)波對(duì)鋼板下表面腐蝕區(qū)域快速定位及連續(xù)測(cè)厚法準(zhǔn)確測(cè)定其最小壁厚的檢測(cè)方法，并通過試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了上述檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性和有效性，從而為不能進(jìn)入內(nèi)部的壓力容器、內(nèi)表面被覆蓋層或構(gòu)件覆蓋的壓力容器及大型原油儲(chǔ)罐底板下表面的腐蝕檢測(cè)提供了一種有效的檢測(cè)方法。

導(dǎo)波連續(xù)測(cè)厚鋼板下表面腐蝕區(qū)域最小壁厚

測(cè)定最小壁厚以確定容器的承壓能力是壓力容器定期檢驗(yàn)必須進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目。但對(duì)于不能進(jìn)入內(nèi)部的壓力容器以及內(nèi)表面被覆蓋層或構(gòu)件覆蓋的壓力容器，因其內(nèi)表面腐蝕部位看不見，最小壁厚可能測(cè)不準(zhǔn)。另外，大型原油儲(chǔ)罐底板下表面腐蝕檢測(cè)時(shí)也存在同樣的問題。下面通過對(duì)試板的檢測(cè)試驗(yàn)來討論導(dǎo)波定位、連續(xù)測(cè)厚定量的檢測(cè)方法。

1　導(dǎo)波檢測(cè)確定腐蝕區(qū)域

1.1檢測(cè)方法

在無(wú)限均勻介質(zhì)中傳播的波稱為體波，體波有兩種，即縱波和橫波。它們以各自的特征速度傳播而無(wú)波形耦合。但在一彈性半空間表面處，超聲波將產(chǎn)生一次反射或透射并發(fā)生波形轉(zhuǎn)換。若一個(gè)彈性半空間被平行于表面的另一個(gè)平面所截，從而使其厚度方向成為有界，這就構(gòu)成了一個(gè)無(wú)限延伸的彈性平板。位于板內(nèi)的縱波、橫波將會(huì)在兩個(gè)平行邊界上產(chǎn)生多次反射并產(chǎn)生復(fù)雜的波形轉(zhuǎn)換和復(fù)雜的干涉，同時(shí)沿平行板面的方向行進(jìn)。沿平行的邊界制導(dǎo)超聲波在板內(nèi)的傳播，這樣的一個(gè)系統(tǒng)稱為平板波導(dǎo)［1］。在此平板波導(dǎo)中傳播的超聲波即板中的導(dǎo)波，見圖1。

圖1　板中的導(dǎo)波

導(dǎo)波在介質(zhì)中傳播時(shí)，如果波導(dǎo)界面不連續(xù)，即存在裂紋、圓孔等缺陷，就會(huì)發(fā)生散射以及導(dǎo)波模態(tài)的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生攜帶結(jié)構(gòu)缺陷信息的反射回波，如圖2所示。

圖2　導(dǎo)波在管道局部減薄區(qū)域的反射

導(dǎo)波雖然不易確定介質(zhì)缺失的量，但可以確定介質(zhì)缺失的位置，因此該技術(shù)對(duì)腐蝕減薄區(qū)域快速定位是有效的檢測(cè)方法［2］。

1.2檢測(cè)試驗(yàn)

導(dǎo)波檢測(cè)儀： ISONIC 2009 UPA-Scope便攜式多功能超聲相控陣導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)、導(dǎo)波探頭：CU108。

試塊：試塊尺寸為1200mm×500mm×10mm，誤差±0.2mm，材質(zhì)Q235B，試塊由山東濟(jì)寧模具廠加工。試塊上有3組人工缺陷，分別為缺陷1、缺陷2和缺陷3，見圖3。缺陷1為φ5mm×5mm的單孔，缺陷2和缺陷3則為兩組如圖4所示的密集群孔。

圖3　試塊尺寸和人工缺陷位置及導(dǎo)波檢測(cè)方向和探頭移動(dòng)方向示意圖（mm）

圖4　缺陷2、缺陷3群孔尺寸及分布

群孔中各平底孔的位置及數(shù)量如圖4所示，各平底孔的尺寸分別為φ1×1mm、φ1×2mm、φ2×3mm、φ2×5mm、φ3×3mm、φ3×5mm、φ5×3mm、φ5×5mm。

●1.2.1 調(diào)試導(dǎo)波聲速、探頭延時(shí)調(diào)節(jié)掃描速度

首先預(yù)設(shè)聲速3200m/s、探頭延時(shí)為0μs。以試塊邊沿為反射體，設(shè)定距試塊邊沿100mm和200mm處為基準(zhǔn)位置。將探頭放置在200mm處，調(diào)節(jié)聲速，使回波聲程顯示為200mm，再將探頭放置在100mm處，調(diào)節(jié)探頭延時(shí)，使回波聲程顯示為100mm。如此反復(fù)直至兩處的顯示聲程分別為100mm和200mm時(shí)即調(diào)試完畢，此時(shí)掃描速度即為導(dǎo)波聲程1∶1。實(shí)測(cè)導(dǎo)波聲速V導(dǎo)=2240m/s，探頭延時(shí)t0=21.80μs。

●1.2.2檢測(cè)靈敏度設(shè)定

以該試塊的最大聲程（探頭前沿距試塊邊沿1148mm）邊沿回波的80%（70.5dB）為檢測(cè)靈敏度。

●1.2.3試塊檢測(cè)

探頭放置于試塊背面（無(wú)孔一面）左下角，沿試塊的短邊自左向右平移掃查，見圖3。

掃查時(shí)采用編碼器定位，檢測(cè)結(jié)果成像見圖5。

圖5　超聲波導(dǎo)波掃描試塊成像圖

圖5中橫坐標(biāo)即探頭移動(dòng)的距離，縱坐標(biāo)即距探頭前端的位置，缺陷1、缺陷2和缺陷3為3處缺陷影像（該圖在導(dǎo)波檢驗(yàn)儀是可連續(xù)伸展的一幅圖，但電腦截圖只能截成兩幅圖，兩幅圖中的橫坐標(biāo)可準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)）。圖5中可見，不論是單孔（缺陷1）還是密集群孔（缺陷2和缺陷3），缺陷影像均為一個(gè)區(qū)域。3處缺陷影像的檢測(cè)顯示坐標(biāo)及試塊上3個(gè)缺陷的實(shí)際坐標(biāo)見表1。3個(gè)缺陷的檢測(cè)顯示區(qū)域左下角坐標(biāo)和范圍分別（17.0，139.3）/57.1×60.6，（19，466）/212.4×102.9和（257.5，314.9）/208×102.9，見圖6。

表1　缺陷區(qū)域檢測(cè)顯示坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)

圖6　缺陷的檢測(cè)顯示區(qū)域和實(shí)際區(qū)域及連續(xù)測(cè)厚起始0點(diǎn)和探頭移動(dòng)方向示意圖（mm）

從表1和圖6可知，3個(gè)缺陷的檢測(cè)顯示區(qū)域均包含了試塊上對(duì)應(yīng)的缺陷實(shí)際區(qū)域，可見，導(dǎo)波檢測(cè)對(duì)腐蝕區(qū)域定位快速有效。

2　連續(xù)測(cè)厚法測(cè)定腐蝕區(qū)域最小壁厚

2.1檢測(cè)方法

超聲波連續(xù)測(cè)厚法［3］，即在檢測(cè)區(qū)域沿平行線或其他掃查線連續(xù)緩慢移動(dòng)探頭，同時(shí)按探頭移動(dòng)的方位連續(xù)記錄所測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中的最小值即為最小壁厚。也可采用超聲波C掃描檢測(cè)方法，超聲波C掃描法即計(jì)算機(jī)化的連續(xù)測(cè)厚法，檢測(cè)區(qū)域的測(cè)厚結(jié)果形成C掃描圖像，以不同顏色顯示不同的厚度。

2.2試塊檢測(cè)

測(cè)厚儀：HCH-3000F、精度：0.01mm。采用連續(xù)測(cè)厚法，以缺陷檢測(cè)顯示區(qū)域左上角為檢測(cè)坐標(biāo)起始0點(diǎn)，對(duì)上述3個(gè)缺陷檢測(cè)顯示區(qū)域以適當(dāng)間隔的平行線進(jìn)行連續(xù)測(cè)厚。探頭在缺陷檢測(cè)顯示區(qū)域沿某一平行線自左向右移動(dòng)并記錄一組測(cè)厚數(shù)據(jù)的橫向位置分別用X1，X2，···，Xn表示，缺陷檢測(cè)顯示區(qū)域自上而下的一組平行線的縱向位置分別用Y1，Y2，···，Yn表示，見圖7。連續(xù)測(cè)厚結(jié)果見表2、表3和表4。

圖7　缺陷檢測(cè)顯示區(qū)域連續(xù)測(cè)厚示意圖

表2　缺陷1檢測(cè)顯示區(qū)域連續(xù)測(cè)厚數(shù)據(jù)

表3　缺陷2檢測(cè)顯示區(qū)域連續(xù)測(cè)厚數(shù)據(jù)

如前所述，試塊厚度為10mm，各尺寸允許誤差為±0.2mm。將試塊不同深度單孔或群孔尺寸、對(duì)應(yīng)區(qū)域最小厚度范圍和對(duì)應(yīng)缺陷檢測(cè)顯示區(qū)域測(cè)厚結(jié)果見表5。

表4　缺陷3檢測(cè)顯示區(qū)域連續(xù)測(cè)厚數(shù)據(jù)

缺陷1（單孔）　缺陷2（群孔）　缺陷3（群孔）試塊尺寸　檢測(cè)顯示區(qū)域?qū)崪y(cè)最小厚度試塊尺寸　檢測(cè)顯示區(qū)域?qū)崪y(cè)最小厚度平底孔尺寸對(duì)應(yīng)區(qū)域最小厚度范圍平底孔尺寸對(duì)應(yīng)區(qū)域最小厚度范圍平底孔尺寸試塊尺寸　檢測(cè)顯示區(qū)域?qū)崪y(cè)最小厚度對(duì)應(yīng)區(qū)域最小厚度范圍φ5×5　4.8～5.2　4.8 4.9 φ1×1 φ1×2 φ2/φ3/φ5×3 φ2/φ3/φ5×5 8.8～9.2 7.8～8.2 6.8～7.2 4.8～5.2 9.0 9.0 8.0 8.1 7.0 7.1 4.8 4.9 5.0 φ1×1 φ1×2 φ2/φ3/φ5×3 φ2/φ3/φ5×5 8.8～9.2 7.8～8.2 6.8～7.2 4.8～5.2 9.0 8.1 8.1 6.9 7.0 7.1 7.2 4.8 4.9 5.0 5.1

從表5可知，試塊上單孔和群孔對(duì)應(yīng)檢測(cè)顯示區(qū)域?qū)崪y(cè)厚度均在該區(qū)域厚度范圍之內(nèi)。缺陷1、缺陷2、缺陷3檢測(cè)顯示區(qū)域的最小壁厚實(shí)測(cè)值分別為4.8mm、5.2mm、4.9mm，與試塊上對(duì)應(yīng)厚度相符。

3　總結(jié)

從上述實(shí)驗(yàn)可知，導(dǎo)波快速定位加連續(xù)測(cè)厚準(zhǔn)確定量的檢測(cè)方法對(duì)鋼板下表面腐蝕區(qū)域最小壁厚的測(cè)定是準(zhǔn)確有效的，為測(cè)定不能進(jìn)入內(nèi)部的壓力容器的最小壁厚提供了一種檢測(cè)方法。

［1］王智.超聲導(dǎo)波技術(shù)及其在管道無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2002：9-12.

［2］孔雙慶.管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2011：12-13.

［3］楊育偉.超聲波連續(xù)測(cè)厚法檢測(cè)壁厚“增值”和“減薄”的應(yīng)用［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2010，26（1）：31-34.

Positioning the Surface Corrosion Area under Steel Plate by Ultrasonic Guidewave and Measuring the Thinnest Wall Thickness by Uninterrupted Thickness Measurement

Yang YuweiZhu WenLi Ming
（Xi'an Special Equipment Inspection InstituteXi'an710065）

This paper discussed the inspection methods of positioning the surface corrosion area under steel plate by ultrasonic guidewave and measuring the thinnest wall thickness by uninterrupted thickness measurement， and verified its correctness and efficiency by the inspection test. The inspection results showed that the proposed method is reliable and efficient to accurately detect the pressure vessel corrosion， which cannot enter the body， the inner surface is covered by coating， or lower surface of large crude oil storage tank bottom.

Ultrasonic guidewaveUninterrupted thickness measurementSurface corrosion area under steel platethe thinnest wall thickness

X924.2

B

1673-257X（2016）08-0028-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.08.007

楊育偉（1961～），男，本科，高級(jí)工程師，從事承壓特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

2016-02-14）