基于超聲波反射法檢測鋼管腐蝕分布的觀(guān)測實(shí)驗

目前，鋼管已廣泛應用于流體運輸領(lǐng)域，如石油、天燃氣、水、煤氣、蒸汽等。同時(shí)，在制造機械零件和工程結構領(lǐng)域，由于鋼材的高強度等特性，也得到了廣泛應用。為防止鋼管腐蝕并增加其使用壽命，鋼管內外壁一般都涂有防腐層，但是經(jīng)過(guò)長(cháng)年累月的使用或高溫高壓的使用條件下，鋼管的防腐涂層會(huì )逐漸剝落，從而造成鋼材生銹、厚度變薄、鋼材質(zhì)量逐漸劣化，如果繼續使用，會(huì )存有一定的潛在危險。為防止危險事故的發(fā)生并有針對性地維修及更換，無(wú)損檢測變得尤為重要。超聲波無(wú)損檢測技術(shù)與其他常規無(wú)損檢測技術(shù)相比，具有被測對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、周期短、成本低、靈活方便、效率高及對人體無(wú)害等特點(diǎn)，因此已在醫療、化工及工程探傷等方面得到廣泛應用。本實(shí)驗利用超聲波通過(guò)介質(zhì)時(shí)在分界面有聲波反射這一特點(diǎn)，對測得的反射信號進(jìn)行數據化處理，從而能夠用超聲波從鋼管外部檢測其厚度并判斷鋼管壁劣化程度。

1 原 理

利用超聲波測鋼管壁厚度的原理可簡(jiǎn)單描述為：超聲波發(fā)生器定期發(fā)送超聲波，當超聲波通過(guò)鋼管和空氣分界面處時(shí)會(huì )發(fā)生反射，發(fā)射波經(jīng)由接收器接收并轉化為電信號，根據電信號計算外壁層和內壁層兩處的反射信號的時(shí)間差t，按照式(1)計算，即可檢測出鋼管壁的厚度d：


2 實(shí)驗系統

圖1為實(shí)驗系統裝置的概略圖。超聲波發(fā)生后，用超聲波換能器(探頭)來(lái)對超聲信號進(jìn)行發(fā)送和接收，用電子示波器對超聲波反射信號進(jìn)行波形觀(guān)測分析及數據暫存。超聲波在鋼管外壁和內壁兩個(gè)層面均有超聲波的反射，檢測點(diǎn)超聲波反射示意如圖2所示。





由于超聲波在遇到空氣時(shí)會(huì )急劇衰減掉，所以在本實(shí)驗中用超聲波耦合劑去除超聲波探頭和鋼管壁間的空氣。

實(shí)驗環(huán)境如下：

鋼管長(cháng)度為20 cm；超聲波信號發(fā)生器相關(guān)參數：PRF為100 Hz；PULSER VOLTAGE為100 V；TRANSDUCER FREQ為15～20 MHz；示波器相關(guān)參數：V／DIV為500 mV；s／DIV為500 ns；鋼管中的音速為5 700 m／s。

被測對象如圖3所示，鋼管內部上層生銹。在鋼管上設置20個(gè)間距相同的檢測點(diǎn)，為檢驗實(shí)驗準確度，先用物理測厚儀測出20個(gè)檢測點(diǎn)的實(shí)際厚度(見(jiàn)表1)。表1中的數據表明，檢測點(diǎn)1到10之間由于腐蝕的影響，厚度已經(jīng)變薄。



3 波形分析

在鋼管檢測點(diǎn)得到的超聲波反射信號如圖4所示。