超声波测厚仪示值失真因素

超声波测厚仪是承压类特种设备检验检测常用的测厚工具，但壁厚测定时常遇到示值失真现象。本文分析了影响测厚仪示值失真的各种因素，以期减小误差获得相对准确的壁厚数据。

锅炉、压力容器及压力管道等承压类特种设备在高温、高压或腐蚀介质的工况下长时间运行，会出现冲刷、磨损、腐蚀等情况，这将导致设备壁厚逐渐减薄，需要定期对设备进行壁厚测量。超声波测厚仪由于操作简单，携带方便，测量准确度较高，被广泛应用于承压类特种设备的检验检测中。

超声波测厚仪测量的数据是判断设备壁厚是否减薄的重要依据，但在实际检验检测工作中，时常遇到测厚仪示值波动较大或出现异常值的情况，即“失真”现象，与真实情况相比产生较大误差，若对示值失真处理不当将会造成材料的浪费甚至导致事故的发生。因此，如何正确分析测厚仪示值失真的因素对设备安全、稳定、GX运行显得尤为重要。

超声波测厚仪示值失真因素分析

在进行锅炉、压力容器、压力管道检验检测时，当设备中的缺陷一旦达到一定面积或尺寸时，入射脉冲波就会在缺陷部位发生反射，此时仪器接收到的反射信号反映的厚度(深度)就是缺陷所在部位的厚度(深度)。通常情况下，超声波的传播路径发生了变化则可能产生折射或产生波型变换，有时会产生“增值”或其它变化，导致了失真现象的产生。因此，在排除因仪器本身、探头和操作方法等因素的影响外，导致示值异常的因素通常是表面接触情况和测量对象自身属性。

1、表面接触情况导致示值失真

1.1耦合剂的影响

耦合剂可以排除探头和被测设备金属表面之间的空气，保证超声波探头与被测工件表面有效接触，利于超声波由表面进入工件，达到检测目的。选择耦合剂的种类或使用方法要得当，否则将可能造成误差或无法测定。应根据被测工件的表面状况、声阻抗和被测设备的特殊要求等情况选择合适的耦合剂种类。

当在光滑材料表面进行测定时，应尽量选用低黏度的耦合剂如机油；当在粗糙表面、垂直表面测定时，应使用黏度高的耦合剂如甘油、水玻璃、浆糊等。高温工件表面应选用高温耦合剂。对有禁油要求的设备检测时必须使用无油的耦合剂。耦合剂应涂抹均匀，使用适量，通常情况下应将耦合剂涂抹在被测材料表面，再进行测定，但测量高温工件时，耦合剂应均匀涂抹在探头上，然后再与工件表面接触进行测定。

1.2被测对象表面平整度、光洁度的影响

被测对象表面粗糙度过大，光洁度过低，容易造成探头与接触面耦合效果差，甚至无法接收到回波信号，如被测金属表面锈蚀、氧化物、油漆层和沉淀物等。对锈蚀、氧化物、油漆层可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理，降低粗糙度，同时也可以将氧化物及油漆层进行打磨，露出金属光泽，提高耦合效果。

对于沉淀物，一般情况下其声阻抗与金属壁面相比小很多，因此绝大部分超声波在金属壁面和沉淀物的界面处被反射，基本对测厚不产生影响。但对于一些特殊的沉淀物如硫化物层，它的声阻抗与金属壁面几乎相同，将会导致实测壁厚增大。因此测厚时可以先用锤子将沉淀物敲打除去，使附着物脱落后再进行测定。

当被测金属壁面另一侧有腐蚀凹坑时，声波衰减较大，且分散，导致探头无法接收到稳定的回波，超声波测厚仪读数呈现无规则变化，甚至会出现无读数的情况，因此测定时应选择合适的方法尽量增加测点数量。

2、测量对象自身属性导致示值失真

2.1材料声速的影响

超声波在不同的材料中传播速度是不一样的，由超声波测厚仪的原理可知，测量厚度与声速成正反比，采用不同的声速测出的结果必然不同，因此测厚之前要先选择与测量对象相适应的声速。然而，特殊情况下，即便为同一种材料，由于各自冶金、加工、热处理工艺的不同，其声速值也会不同。如果材质不均匀，不同的区域还会存在不同的声速。超声波测厚时通常采用材料的平均声速，虽然由此引起的声速差异不太大，但也会给测厚带来一定的误差。

2.2氢腐蚀的影响

在对一些石化装置检验检测时，经常会对一些临氢介质的压力容器进行壁厚测定，若发现壁厚出现“增值”情况，则应考虑氢腐蚀的可能性。氢腐蚀是指高温下(一般温度200℃以上)氢和钢中的渗碳体(Fe3C)发生还原作用生成甲烷而导致沿晶界的腐蚀，形成的甲烷使晶界产生大量的微裂纹，并出现明显的脱碳，超声波的衰减、反射、声速与频率都受此影响。

材料受到腐蚀后，晶界受到破坏，晶粒与晶粒之间产生了缝隙，迫使声波的传播路线改变，声程增大，相当于壁厚增加。对于怀疑出现氢腐蚀的设备，应采用超声波探伤仪进行探测先查明氢腐蚀分布情况，必要时进行金相检验，从而对设备能否安全运行做出客观评价。

2.3分层缺陷存在的影响

对钢板进行壁厚测定时，可能在某一部位会出现内外壁面光洁、平整且无腐蚀凹坑，但采用超声波测厚仪测出的数据与钢板名义厚度相比偏低较多，即出现“减值”情况，此时，可怀疑钢板局部是否存在分层缺陷。钢板分层是一种常见缺陷，它可加剧钢板力学性能恶化速率，尤其沿厚度方向的力学性能显著降低。分层缺陷在厚度较大的钢板中容易出现(一般30mm厚度以上)，厚度较薄的钢板中很少出现，且规格越厚，分层缺陷越明显。

其分层机理为：钢水中S含量偏高时，在钢水凝固进程中，S和Mn元素发生化学反应生成MnS夹杂。轧制过程中，硫化物夹杂沿轧制方向变形为长条状，在剪切过程中，受到拉应力的作用塑性硫化物夹杂产生长且窄的滑移带，滑移带上的位错被阻塞在夹杂物和基体的界面处，造成该处的应力集中并导致界面处首先产生空洞;随着应力的增大，空洞互相连通形成微裂纹且进一步扩展，促使相邻夹杂物引起的裂纹连通形成平台，进而形成宏观分层。

超声波测厚仪测厚数据严重失真并怀疑存在分层缺陷时，可采用超声波探伤仪进行检测验证，超声波探伤仪由于探头较大、声束大、声能较强，声波遇到缺陷时既能测出缺陷深度，又能到达底面才反射，从而可测出钢板的实际壁厚，必要时采用金相进一步确认。

2.4组织不均匀或晶粒粗大对超声波传播的影响

超声波在组织不均或晶粒粗大的铸件及奥氏体钢中传播时声波衰减严重，传播路径及方向发生改变，甚至掩盖回波信号，造成测厚数值无法正常显示或显示失真的情况。针对这些材质进行测厚前，要考虑选择频率较低的粗晶专用探头，如2.5MHz。

2.5温度的影响

被测工件的温度可对测厚结果产生重要影响，超声波在有机玻璃和一般固体材料传播速度会随温度的升高而降低，传播时间相应延长。有关试验数据表明，热态材料每增加100℃，声速下降1%，壁厚测定前操作人员若不进行仪器校正，增加零点调节脉冲的宽度，所测厚度将会失真。一般的超声波测厚仪的适用温度范围为-10～50℃，但对于高温在役设备如石油化工等部门的高温压力管道，温度甚至高达400℃，极易出现腐蚀情况，此时应根据具体情况选用高温探头和高温专用耦合剂来减小温度对测厚带来的影响。

结语

壁厚测定是锅炉、压力容器、压力管道检验检测时要做的一项非常重要的工作，设备长时间运行后，壁厚是否发生改变要由超声波测厚仪测得的数据来衡量。在实际检测工作中遇到示值失真时，要根据设备具体使用环境和使用温度、压力、介质及各项影响失真的因素进行认真排查和具体分析，必要时采用超声波探伤仪和金相来进行验证，以获得相对客观、真实的测量结果，才能确保设备安全、平稳地运行。