高溫超聲檢測技術(shù)應用淺析

　　背景:

　　雖然大多數的超聲探傷和厚度測量可在常溫環(huán)境下實(shí)施，但是，在許多情況是需要檢測熱的材料。這種情況經(jīng)常發(fā)生在加工行業(yè)，在那兒熱金屬管或容器必須在沒(méi)有停車(chē)冷卻下檢測，除此以外也包括涉及熱材料制造的場(chǎng)合，如擠壓的塑料管或在制造后立即熱態(tài)模制的塑料，或是金屬錠或鑄件完全冷卻之前的檢測，常規的超聲探頭可以允許最高50℃或125℉的溫度。在更高的溫度，由于熱膨脹導致的內部脫粘，它們最終會(huì )遭受永久性損傷。如果被檢材料約高于50℃或 125℉，那么必須應用高溫探頭和特殊的檢測技術(shù)。

　　這些應用注釋包括關(guān)于高溫探頭和耦合劑的選擇的快速參考信息，以及關(guān)于它們的使用的重要因素。它覆蓋了在溫度最高約為500℃或1000℉下的材料的常規超聲檢測。在涉及高于此溫度的研究應用中，使用非常專(zhuān)業(yè)的波導技術(shù)，它們已經(jīng)超出了本注釋的范圍。

　　1.探頭

　　Panametrics-NDT高溫探頭分為兩類(lèi)，雙晶探頭和延遲線(xiàn)探頭。在這兩種探頭中，延遲線(xiàn)材料(對雙晶探頭而言延遲線(xiàn)材料在內部)在實(shí)際探頭晶片和熱檢測表面之間作為熱絕緣體。出于設計的原因，在標準的產(chǎn)品系列中沒(méi)有高溫的接觸式或水浸式探頭。高溫雙晶探頭和延遲線(xiàn)探頭可以用于厚度測量和探傷。由于在所有的超聲檢測中，對一個(gè)特定的應用，最佳的探頭由特殊的檢測要求決定，包括材料、厚度范圍、溫度、以及在缺陷檢測的情況下，有關(guān)缺陷的類(lèi)型和尺寸。欲得到探頭選擇幫助，請聯(lián)系上?？寺辶τ邢薰?。

　　(a)厚度測量

　　高溫厚度測量的極普遍的應用是腐蝕測量，熱的管和容器的殘余金屬厚度測量使用腐蝕測厚儀如37DL和MG2系列。設計用于泛美腐蝕測厚儀使用的探頭大多數適合用于高溫使用。普遍使用的D790系列探頭可用于表面溫度達500℃或930℉。

　　使用25系列儀器用于高精度厚度測量應用，如熱塑料，在M200系列中的任意一個(gè)標準Miscroscan延遲線(xiàn)探頭都可配用高溫延遲線(xiàn)。 DLHT-1、-2和-3延遲線(xiàn)可用于表面溫度最高為260℃或500℉。DLHT-101、-201和-301延遲線(xiàn)能用于表面溫度最高為175℃或 350℉。這些延遲線(xiàn)都在探頭清單中列出。

　　在需要低頻探頭來(lái)增加穿透能力的富有挑戰性的應用中，Videoscan 可替換保護膜探頭和適當的高溫延遲線(xiàn)也可能用于25系列測厚儀。此系列的探頭標準延遲線(xiàn)可與高達480℃或900℉的表面接觸，

　　(b)探傷

　　與在高溫厚度測量應用中一樣，高溫探傷也普遍使用雙晶探頭或延遲線(xiàn)探頭。所有標準的泛美探傷雙晶探頭提供高溫性能。頻率為5MHz或小于 5MHz的指尖雙晶探頭、平頭外殼雙晶探頭和擴展范圍雙晶探頭可用于最高約425℃或800℉，而且，更高頻率的雙晶探頭(7.5和10MHz)可用于最高約175℃或350℉。

　　所有的Videoscan可替換保護膜探頭可與合適的高溫延遲線(xiàn)配備用于探傷應用中。此類(lèi)型的探頭延遲線(xiàn)可與高達480℃或900℉的表面接觸。

　　涉及薄材料的應用通常通過(guò)V200系列延遲線(xiàn)探頭來(lái)處理，其中任何一種都可以和高溫延遲線(xiàn)配套使用。DLHT-1,-2,-3延遲線(xiàn)可用于表面溫度最高為260℃或500℉。DLHT-101、-201和-301延遲線(xiàn)能用于表面溫度最高為175℃或350℉。

　　我們也提供特殊的用于斜探頭的高溫鍥塊，ABWHT系列用于260℃或500℉而ABWHT系列用于480℃或900℉?？捎贸叽绲脑敿氋Y料可從銷(xiāo)售部門(mén)獲得。

　　耦合劑

　　最常用超聲耦合劑如丙二醇、甘油和超聲凝膠體如果用于表面溫度高于近100℃或200℉會(huì )很快蒸發(fā)。因此，在高溫時(shí)超聲檢測需要特殊配方的耦合劑，它能保持為穩定的液體或糊狀而不會(huì )汽化，燃燒或是釋放出毒煙。了解它們使用的特定溫度范圍，并且只能在這個(gè)范圍內使用它們是很重要的。使用超出其預期范圍的高溫耦合劑可能導致差的聲學(xué)性能和/或安全危害。

　　在非常高的溫度時(shí)，即使是專(zhuān)用高溫耦合劑也必須快速使用，因為它們將會(huì )變干或凝固而且不再傳送超聲波能量。在下一次測量前干的耦合劑殘留物應該從試件表面和探頭表面擦除。

　　注意：垂直入射的橫波在高溫下通常無(wú)法耦合，因為商業(yè)橫波耦合劑會(huì )液化而且高粘性會(huì )降低，而高粘性對于橫波的傳播是必須的。

　　我們提供兩種類(lèi)型的高溫耦合劑：

　　耦合劑E-Ultratherm

　　推薦在500oF到1000oF(260oC到540oC)使用

　　耦合劑G-中等溫度耦合劑

　　推薦在溫度最高為600 oF(315 oC)時(shí)使用

　　欲從泛美獲得全部耦合劑的清單及每種耦合劑的更多的注釋?zhuān)垍⒖糢ltrasonic Couplants上的NDT應用注釋

　　測試技術(shù)

　　在為一個(gè)高溫應用建立檢測工藝時(shí)必須始終考慮以下因素：

　　工作周期：所有的標準高溫探頭設計時(shí)都考慮到工作周期。雖然延遲線(xiàn)使探頭內部絕緣，與高溫表面長(cháng)時(shí)間接觸會(huì )導致明顯的熱量堆積，而且，如果內部溫度變得足夠高時(shí)，最終會(huì )導致探頭永久性損壞。對大部分的雙晶探頭和延遲線(xiàn)探頭，對表面溫度在約90oC到425oC(200oF到800oF)時(shí)，推薦的工作周期為接觸熱表面的時(shí)間不超過(guò)10秒(推薦5秒)，接著(zhù)是最少1分鐘的空氣冷卻。注意這只是一個(gè)指導方針，在一個(gè)特定探頭的指定溫度范圍的上限，其接觸時(shí)間和冷卻時(shí)間的比率變得更加重要。通常，如果探頭外殼溫度高得無(wú)法光手舒適地拿著(zhù)，那么探頭內部溫度達到了一個(gè)潛在的損壞溫度，所以在繼續檢測前探頭必須冷卻下來(lái)。某些用戶(hù)用水來(lái)冷卻以加快冷卻過(guò)程，然而泛美沒(méi)有發(fā)布水冷的官方指針，水冷卻的適用性必須由用戶(hù)決定。

　　泛美EPOCH系列探傷儀、37DL和MG2測厚儀都具有凍結功能，能用來(lái)凍結顯示波形和讀數。因為凍結功能允許操作者捕獲讀數并且快速將探頭移開(kāi)熱表面，所以它在高溫測量時(shí)非常有用。

　　使用測厚儀時(shí)，應該使用快速屏幕更新模式來(lái)使接觸時(shí)間最小化。

　　耦合方法：探頭工作周期需求和耦合劑在適用厚度范圍上限時(shí)凝固或汽化的趨向要求操作者在工件上快速工作。許多用戶(hù)發(fā)現最好的方法是將一滴耦合劑滴在探頭表面然后將探頭穩穩地壓在試樣表面，不需要扭曲或磨它(這可能導致探頭磨損)。在兩次測量之間，任何干的耦合劑殘留物都必須從探頭表面除去。

　　增益增加：和所有的EPOCH探傷儀一樣，37DL和MG2儀器有增益增加功能。因為高衰減和高溫測量聯(lián)系在一起，因此在測量前增加增益是很有用的。

　　聲速變化：在所有的材料中聲速隨溫度改變，當材料加熱時(shí)聲速會(huì )慢下來(lái)。溫度高的材料的精確厚度測量始終需要聲速重新校準。在鋼中，聲速隨溫度改變約為每 55oC改變1%(準確值隨合金成份而改變)。在塑料和其他聚合物，改變會(huì )更大，在溫度接近熔點(diǎn)時(shí)每改變55oC或100oF聲速能改變近 50%。如果沒(méi)有材料的溫度/聲速變化圖，那么在實(shí)際檢測溫度下必須在對試塊樣品做聲速校準。

　　零點(diǎn)重新校準：當使用雙晶探頭做厚度測量時(shí)，要記住對一個(gè)特定的探頭，當它變熱時(shí)由于通過(guò)延遲線(xiàn)的傳播時(shí)間改變，其零點(diǎn)偏移值會(huì )改變。因此，為保持測量精度，定期做一個(gè)重新零點(diǎn)校準是必要的。使用泛美腐蝕測厚儀(37DL和MG2)，通過(guò)儀器的自動(dòng)零點(diǎn)校準功能，只要按ZERO鍵就可以快速而輕易地做到。

　　增加的衰減：在所有材料中的聲波衰減會(huì )隨著(zhù)溫度增加，而且這個(gè)效應在塑料中比在鋼中或陶瓷中更加顯著(zhù)。在典型的細的晶粒碳素合金鋼中，室溫下，5M下的衰減約為 2dB/100mm。在500oC或930oF，衰減增加到約每100mm 聲程為15 dB。在高溫檢測大聲程材料時(shí)，這個(gè)效應需要使用顯著(zhù)增加的儀器增益，而且也需要調整在室溫下制定的距離/增幅校正曲線(xiàn)(DAC)或TVG(深度補償)程序。在聚合體物溫度/衰減效應很高程度上取決于材料，有代表性的是在數值上比上述碳素合金鋼大幾倍。特別地，一個(gè)被加熱的長(cháng)的高溫延遲線(xiàn)可能就代表了在一次檢測中總衰減的重要來(lái)源。

　　斜鍥中的角度變化：使用任意高溫斜鍥，當它加熱時(shí)，在斜鍥材料中的聲速會(huì )降低，因此斜鍥變熱時(shí)在金屬中的折射角也會(huì )增加。如果涉及一個(gè)給定的檢測，那么在實(shí)際操作溫度下必須校驗折射角。作為一個(gè)實(shí)踐，在檢測過(guò)程中的熱變化使得對實(shí)際折射角做精確測定變得困難。