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基于超聲波反射法檢測鋼管腐蝕分布的觀測實驗

作者: 時間:2012-05-30 來源:網(wǎng)絡 收藏

目前,鋼管已廣泛應用于流體運輸領域,如石油、天燃氣、水、煤氣、蒸汽等。同時,在制造機械零件和工程結構領域,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)過長年累月的使用或高溫高壓的使用條件下,鋼管的防腐涂層會逐漸剝落,從而造成鋼材生銹、厚度變薄、鋼材質量逐漸劣化,如果繼續(xù)使用,會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,無損檢測變得尤為重要。超聲波無損檢測技術與其他常規(guī)無損檢測技術相比,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、效率高及對人體無害等特點,因此已在醫(yī)療、化工及工程探傷等方面得到廣泛應用。本實驗利用超聲波通過介質時在分界面有聲波反射這一特點,對測得的反射信號進行數(shù)據(jù)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,當超聲波通過鋼管和空氣分界面處時會發(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(jù)電信號計算外壁層和內壁層兩處的反射信號的時間差t,按照式(1)計算,即可檢測出鋼管壁的厚度d:


2 實驗系統(tǒng)

圖1為實驗系統(tǒng)裝置的概略圖。超聲波發(fā)生后,用超聲波換能器(探頭)來對超聲信號進行發(fā)送和接收,用電子示波器對超聲波反射信號進行波形觀測分析及數(shù)據(jù)暫存。超聲波在鋼管外壁和內壁兩個層面均有超聲波的反射,檢測點超聲波反射示意如圖2所示。





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

實驗環(huán)境如下:

鋼管長度為20 cm;超聲波信號發(fā)生器相關參數(shù):PRF為100 Hz;PULSER VOLTAGE為100 V;TRANSDUCER FREQ為15~20 MHz;示波器相關參數(shù):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個間距相同的檢測點,為檢驗實驗準確度,先用物理測厚儀測出20個檢測點的實際厚度(見表1)。表1中的數(shù)據(jù)表明,檢測點1到10之間由于腐蝕的影響,厚度已經(jīng)變薄。



3 波形分析

在鋼管檢測點得到的超聲波反射信號如圖4所示。


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