Page 75 - 无损检测2021年第四期

王学芹, 等:

双层管间隙的超声检测

填充介质的超声检测方法, 该方法可对双层管的间 介质中产生一个与入射波方向相反的反射波, 在第
隙进行测量。 二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波 [ 4 ] 。
检测仪接收到反射回波, 根据预输入的超声波在工
1 屏蔽块内双层管的测量方法
件中传播的声速及传播时间, 自动计算并确定超声
屏蔽块内的呈“ 几” 字形及“ S ” 形弯曲的双层管 波的传播声程, 其计算公式为
是一种较新颖的设计, 目前没有见到类似结构的设 c× t
S = ( 1 )
计, 其间隙尺寸的测量没有直接 可用的方法参照。 2
式中: S 为仪器显示声程; t 为声波往返时间; c 为根
根据结构形式, 有以下几种尺寸测量方法。

( 1 )游标卡尺直接测量间距。游标卡尺应用于 据工件校验后, 预输入仪器中的声速。
内径的尺寸测量精度高, 但是测量范围有限, 可用于 2.2 测量对象
双层管的间隙测量, 但只能满足管端头处的间隙测 采用与待检工件一致的材料, 且模拟件的表面
量, 而双层管间隙测量要求满足整个管身任意点处的 条件与待检双层管的外管外壁表面条件一致。制作
前对原材料进行射线检测, 确保无影响检测的缺陷
间隙尺寸的测量。所以游标卡尺的测量方法不适用。

( 2 )三坐标建模计算间隙尺寸。三坐标测量的 存在。待检工件的双层管由外管套于内管之外, 再
工作原理是需要大量的采集点, 然后对采集点的坐 由法兰固定焊接而成, 模拟件的制作只确保非焊缝
标进行分析和建模, 从而得到尺寸数据。同游标卡 位置间隙尺寸的设计与待检工件的一致。
尺测量间隙尺寸存在着相同的弊端, 三坐标采点的 制作一个 仅 有 直 管 段 的 模 拟 件, 材 料 为 316L
探头长度有限, 且探头不能弯曲, 所以该方法同样不 不锈钢。模拟件规格与待检件一致, 内管规格( 外径

适用于双层管间隙尺寸的测量。 × 壁厚 ± 误差, 下同) 为 75mm×7mm±0.5mm ,

外管规格为114mm×8mm±0.5mm , 凸台处外管
( 3 )射线照相测量管壁厚度的方法计算间隙尺

寸。射线照相测量管壁厚度的工作原理是: 射线源 规格为 130mm×16mm±0.5mm ; 内外管同轴嵌

垂直照射, 射线穿过管壁不同位置的透射厚度不一 套, 内管外壁与外管内壁的间隙尺寸为 12mm 。间

样, 从而在底片上留下黑度不一致的影像, 根据影像 隙尺寸的测量误差要求不得超过 0.2 mm 。管子设
放大系数计算间隙处的尺寸 [ 3 ] 。采用射线照相的方 计为一端焊接法兰封堵, 另一端开放。
法判断黑度梯度边界时, 很大程度上依赖于检测人 2.3 测量方法
员的经验, 这个误差通常为 2~3 mm ; 射线照相测 要得到内管外壁的反射回波, 需要实现超声波

间隙尺寸的方法是在基于内外管同轴的基础上进行 在间隙处的透射, 在测量对象的间隙处充满水, 以水
的, 而实际上双层管的同轴度在制造加工过程中并 为介质让超声波能够在两个界面处产生反射波和透
不能得到保证, 这是该方法本身存在的误差; 射线照 射波, 从而实现对间隙尺寸的测量。
相的方法成本高, 且存在着辐照的危险, 不易于现场 采用欧能达 3600S 型数字超声检测仪, 综合考
虑近场区长度、 检测系统分辨力、 探头频带宽度等因
实施检测。
素后选用 10P10D 型探头。测量开始前, 对钢的声
( 4 )超声检测的原理是超声波垂直入射到工件,
并在工件中传播, 遇到声阻抗不同的界面会发生透射 速及水的声速进行校正, 对探头延迟进行测定。

与反射现象, 再根据接收到的反射回波计算间隙尺 首先, 特制了规格为 50mm×50mm×100mm
寸。超声检测设备便携, 方便现场作业, 不具有放射 ( 长 × 宽 × 高) 的 316L 不锈钢试块, 探头对准 H 1=

性, 且不产生噪声或化学污染, 但是超声波在工件中 100mm 和 H 2=50mm 的厚度方向进行声速校正。
传播遇到空气时会发生全反射, 无透射。这是超声检 超声检测仪内预设声速c 1 , 分别记录超声检测仪此
测方法用于双层管间隙测量的一个难点。因此, 目前 时显示的一次底波声程 x 1 和 x 2 。探头延迟为 P ,
采用在间隙内填充介质的方法实现超声波的透射, 从 钢中的纵波声速为c 钢 , 则有
而有望能够测量间隙尺寸, 且满足测量精度的要求。 x 1 H 1
= +P ( 2 )
2 超声检测方法测量间隙 c 1 c 钢
x 2 H 2 +P ( 3 )
2.1 测量原理 c 1 = c 钢
当超声波垂直入射到光滑平界面时, 将在第一 联立两个方程, 推导出
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2021 年 第 43 卷 第 4 期

无损检测