带涂层超声波检测对探测结果和过程的影响

关于 的实验 南通迪威尔无损检测有限公司陈建华吴德芳谢孙泉一、目的随着我国对在役容器和压力管道的规范管理，石化企业每年都有 大量的在役压力容器和压力管道需要进行定期检验。超声波检测是在 役设备焊缝内部缺陷检测的主要手段之一，按照以往常规的方法，通 常采用接触法进行检测，即探头经耦合剂耦合后直接与工件表面接 触，探头发射出的超声波直接传播到工件内部。当超声波遇到缺陷或 介质界面时，产生反射，反射波被探头接收后，在超声波仪的荧光屏 上产生反射回波，从而达到检测的目的。但几乎所有在役容器和管道 的表面都涂有作防腐用的油漆层，检测时，需要首先进行打磨除去油 漆层，露出金属光泽后，再进行超声波检测。这样做虽然能满足超声 波探伤标准的要求，但操作起来既费时、费工、又不经济，同时还可 能因为打磨而破坏工件表面的防腐效果和因工件表面受磨损而使工 件减薄。为了解决这个问题，采用适当的方法以及采取一些措施，在 不破坏油漆层的情况下，直接在工件表面油漆层上进行超声波检测， 使带涂层设备超声波检测和磨掉涂层后再检测能够达到相同的效果。二、带涂层超声波检测对探测结果和过程的影响2.1对缺陷定位的影响带涂层设备的超声波检测与常规检测方法不同的是，后者为探头 直接与工件表面接触，而前者探头没有直接跟工件表面接触，在探头 与工件表面之间隔了一层一定厚度的涂层，由于涂层的声速与工件的 声速不同。故倾斜入射的超声波从涂层进入工件时会发生折射，从而 改变了超声波的传播路径。由于声速的不同，等声程的传播时间也不 同，因此涂层的厚度会直接影响到超声波检测缺陷的定位。2. 2对缺陷反射波幅的影响孔.未经修磨的涂层表面，可能存在着一定程度的凹凸不平，探头与 涂层表面耦合时会产生一定的声能损失。b. 超声波在涂层介质中传播时，涂层介质对超声波的衰减作用可能 产生一定的声能损失。c. 超声波传播过程中多经一层涂层，也就是多经过一个界面（涂层与 工件界面），超声波经过介质界面时，一部分声波产生反射无法进入 工件，从而会造成一定的声能损失。这部分的声能总损失可以经过作 对比试验进行测定。2. 3涂层对探头主要技术指标的影响2. 3. 1对探头K值的影响 如图1所示，当超声波从探头倾斜入射，直接进入钢件时，设有机玻 璃的声速为C有，钢中的声速，入射角为a 1，折射角加。图1超声波经过涂层进入钢板折射示意图根据声波在介质界面上的折射定律(1)Sin fiirific仃。钢当试件检测面有涂层时，超声波倾斜入射经过涂层，再进入钢件中，经过 了两个界面，发生了两次折射，设涂层的声速为C涂涂层中的折射角为B 1， 涂层中的入射角为a 2：，钢中的折射角为。2根据折射定律(2)(3)石机玻璃与涂层界面：丁 = r%- 七涂涂层与钢界面:羿=警f L钢从图1可看出皿=&,从式(2)和(3)可得:g二噂。有 一 d从式(1)和(4)可得。2=p。也就是超声波倾斜入射经过涂层时在钢中 的折射角与不经过涂层时，直接进入钢件中的折射角相等。由于K=tgp，故其K值也相等， 也就是探头K值不受涂层的影响。2. 3. 2对探头前沿的影响从探头本身的角度来说，前沿是由探头本身所决定，不受涂层的影响，但是，试件表面有涂层后，声波在进入钢件前已经产生了一次折射， 折射声波在钢中的路径产生了一定的平移，为了方便起见，在缺陷定位计算时， 可看作是探头的入射点发生了平移。如图2所示，探头前沿为L。，入射 点平移后的前沿为L1，涂层厚度3 =。,4，作声波在钢中折射的反 向延长线相交于涂层表面于8, 0 2点的法线相交于涂层表面于A。贝U在 RiSOAO2 中 OXA -。撰tgB在 KlBAO2 中刀8 = O2Atfi2 =fiig82B = AB - 0AtB2 - ti)A 二4 +=+S( tg0?-眇)(5)令状二8（球- t昭）为探头前沿修正系数,则:L】=扁+ ao探头前沿的修正系数根据声波在界面的折射定律可得& - arcsin Tsin32仁钢= arctgK （K为探头K值）查相关资料得：C钢二3 230 mA。涂二1 100 m/s （按环氧树脂查得）根据上面已知数据可算出不同K值探头的前沿修正系数，结果见表1。表1不同K值探头的前沿修正系数探头K值11.522.53前沿修正系数。0. 7581. 28L688 2. 176 2. 668从表1可见，探头的前沿修正系数与K值和涂层厚度有关。通过试验对比发现涂层厚度小于。5 mm时，涂层厚度引起的声能损失可 以忽略不计，声能损失的大小取决于探头与涂层表面的耦合情况。缺陷的定量和定位在一块长300 mm度为20 mm的焊接试块上，有一焊接缺陷，见图3。用同一探 头和仪器，在试 块的检测面带涂层和不带涂层时进行分别检测，对缺陷进行定量和定300y7 b位。Izi 经测得探头的K值为2,前沿 为10，焊接试板在涂油漆前进行超声检& _测，发1现了一处缺陷，对缺陷的埋藏深度啊指示长度、最大反射波高进行测定，并作记录；然后在试板上涂上层底漆、一层中间漆和一层面漆，干透后 一测得涂层厚度为0. 170. 23 mm。接着在涂层表面进行超声检测，经 修正后的探头前沿为L=10+1. 68X0. 2=10. 3 mm，对所发现的缺陷 进行测深、测长和最大反射波高测定，用涂层测厚仪测出在缺陷的反 射波为最高时探头所在位置涂层的准确厚度，并作记录。试验完毕后， 再涂上两层面漆，使涂层的总厚度在0. 4 mm左右。等油漆干透后在涂层表面进行超声波检测，修正后的探头前沿为L=10+1. 68 X0. 4=10. 7 mm,测出缺陷的埋藏深度、长度和最大反射波高，具体 数据见表2。表2试块的检测结果mm检测位置 一 涂层厚度缺陷位置缺陷 深度H缺陷 氏度人缺陷最大 波幅3cc缺陷离娼缝1中心线距离07210595B314.033SL + 4. 2 HB0. 197210595B314,433SL + 2.4 dR0. 427310595B214.632SL + 2.Q dB注：S3为缺陷的反射波幅达最高时，探头中心点离试块边缘的距离，涂层厚度是指检测 缺陷最大波高时，探头所在位置涂层的厚度。带涂层和不带涂探伤时均作了4 dB的表面 补偿。从表2中可以看出，带涂层和不带涂层的检测结果除缺陷最大反射波幅相差2 dB外，缺陷的定位和定量都基本相同。