高溫超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用淺析

在溫度高于50oC或125oF時(shí)的超聲厚度測(cè)量和探傷。

　　背景:

　　雖然大多數(shù)的超聲探傷和厚度測(cè)量可在常溫環(huán)境下實(shí)施，但是，在許多情況是需要檢測(cè)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有停車?yán)鋮s下檢測(cè)，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(cè)，常規(guī)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(dǎo)致的內(nèi)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(yīng)用高溫探頭和特殊的檢測(cè)技術(shù)。

　　這些應(yīng)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(guī)超聲檢測(cè)。在涉及高于此溫度的研究應(yīng)用中，使用非常專業(yè)的波導(dǎo)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，雙晶探頭和延遲線探頭。在這兩種探頭中，延遲線材料(對(duì)雙晶探頭而言延遲線材料在內(nèi)部)在實(shí)際探頭晶片和熱檢測(cè)表面之間作為熱絕緣體。出于設(shè)計(jì)的原因，在標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品系列中沒有高溫的接觸式或水浸式探頭。高溫雙晶探頭和延遲線探頭可以用于厚度測(cè)量和探傷。由于在所有的超聲檢測(cè)中，對(duì)一個(gè)特定的應(yīng)用，最佳的探頭由特殊的檢測(cè)要求決定，包括材料、厚度范圍、溫度、以及在缺陷檢測(cè)的情況下，有關(guān)缺陷的類型和尺寸。欲得到探頭選擇幫助，請(qǐng)聯(lián)系上?？寺辶τ邢薰?。

　　(a)厚度測(cè)量

　　高溫厚度測(cè)量的極普遍的應(yīng)用是腐蝕測(cè)量，熱的管和容器的殘余金屬厚度測(cè)量使用腐蝕測(cè)厚儀如37DL和MG2系列。設(shè)計(jì)用于泛美腐蝕測(cè)厚儀使用的探頭大多數(shù)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(dá)500℃或930℉。

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

　　在需要低頻探頭來增加穿透能力的富有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中，Videoscan 可替換保護(hù)膜探頭和適當(dāng)?shù)母邷匮舆t線也可能用于25系列測(cè)厚儀。此系列的探頭標(biāo)準(zhǔn)延遲線可與高達(dá)480℃或900℉的表面接觸，

　　(b)探傷

　　與在高溫厚度測(cè)量應(yīng)用中一樣，高溫探傷也普遍使用雙晶探頭或延遲線探頭。所有標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(hù)膜探頭可與合適的高溫延遲線配備用于探傷應(yīng)用中。此類型的探頭延遲線可與高達(dá)480℃或900℉的表面接觸。

　　涉及薄材料的應(yīng)用通常通過V200系列延遲線探頭來處理，其中任何一種都可以和高溫延遲線配套使用。DLHT-1,-2,-3延遲線可用于表面溫度最高為260℃或500℉。DLHT-101、-201和-301延遲線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?xì)資料可從銷售部門獲得。

　　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(cè)需要特殊配方的耦合劑，它能保持為穩(wěn)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(nèi)使用它們是很重要的。使用超出其預(yù)期范圍的高溫耦合劑可能導(dǎo)致差的聲學(xué)性能和/或安全危害。

　　在非常高的溫度時(shí)，即使是專用高溫耦合劑也必須快速使用，因?yàn)樗鼈儗?huì)變干或凝固而且不再傳送超聲波能量。在下一次測(cè)量前干的耦合劑殘留物應(yīng)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法耦合，因?yàn)樯虡I(yè)橫波耦合劑會(huì)液化而且高粘性會(huì)降低，而高粘性對(duì)于橫波的傳播是必須的。

　　我們提供兩種類型的高溫耦合劑：

　　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，請(qǐng)參考Ultrasonic Couplants上的NDT應(yīng)用注釋

　　測(cè)試技術(shù)

　　在為一個(gè)高溫應(yīng)用建立檢測(cè)工藝時(shí)必須始終考慮以下因素：

　　工作周期：所有的標(biāo)準(zhǔn)高溫探頭設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到工作周期。雖然延遲線使探頭內(nèi)部絕緣，與高溫表面長時(shí)間接觸會(huì)導(dǎo)致明顯的熱量堆積，而且，如果內(nèi)部溫度變得足夠高時(shí)，最終會(huì)導(dǎo)致探頭永久性損壞。對(duì)大部分的雙晶探頭和延遲線探頭，對(duì)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10秒(推薦5秒)，接著是最少1分鐘的空氣冷卻。注意這只是一個(gè)指導(dǎo)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法光手舒適地拿著，那么探頭內(nèi)部溫度達(dá)到了一個(gè)潛在的損壞溫度，所以在繼續(xù)檢測(cè)前探頭必須冷卻下來。某些用戶用水來冷卻以加快冷卻過程，然而泛美沒有發(fā)布水冷的官方指針，水冷卻的適用性必須由用戶決定。

　　泛美EPOCH系列探傷儀、37DL和MG2測(cè)厚儀都具有凍結(jié)功能，能用來凍結(jié)顯示波形和讀數(shù)。因?yàn)閮鼋Y(jié)功能允許操作者捕獲讀數(shù)并且快速將探頭移開熱表面，所以它在高溫測(cè)量時(shí)非常有用。

　　使用測(cè)厚儀時(shí)，應(yīng)該使用快速屏幕更新模式來使接觸時(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。許多用戶發(fā)現(xiàn)最好的方法是將一滴耦合劑滴在探頭表面然后將探頭穩(wěn)穩(wěn)地壓在試樣表面，不需要扭曲或磨它(這可能導(dǎo)致探頭磨損)。在兩次測(cè)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?yàn)楦咚p和高溫測(cè)量聯(lián)系在一起，因此在測(cè)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(dāng)材料加熱時(shí)聲速會(huì)慢下來。溫度高的材料的精確厚度測(cè)量始終需要聲速重新校準(zhǔn)。在鋼中，聲速隨溫度改變約為每 55oC改變1%(準(zhǔn)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%。如果沒有材料的溫度/聲速變化圖，那么在實(shí)際檢測(cè)溫度下必須在對(duì)試塊樣品做聲速校準(zhǔn)。

　　零點(diǎn)重新校準(zhǔn)：當(dāng)使用雙晶探頭做厚度測(cè)量時(shí)，要記住對(duì)一個(gè)特定的探頭，當(dāng)它變熱時(shí)由于通過延遲線的傳播時(shí)間改變，其零點(diǎn)偏移值會(huì)改變。因此，為保持測(cè)量精度，定期做一個(gè)重新零點(diǎn)校準(zhǔn)是必要的。使用泛美腐蝕測(cè)厚儀(37DL和MG2)，通過儀器的自動(dòng)零點(diǎn)校準(zhǔn)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)隨著溫度增加，而且這個(gè)效應(yīng)在塑料中比在鋼中或陶瓷中更加顯著。在典型的細(xì)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(cè)大聲程材料時(shí)，這個(gè)效應(yīng)需要使用顯著增加的儀器增益，而且也需要調(diào)整在室溫下制定的距離/增幅校正曲線(DAC)或TVG(深度補(bǔ)償)程序。在聚合體物溫度/衰減效應(yīng)很高程度上取決于材料，有代表性的是在數(shù)值上比上述碳素合金鋼大幾倍。特別地，一個(gè)被加熱的長的高溫延遲線可能就代表了在一次檢測(cè)中總衰減的重要來源。

　　斜鍥中的角度變化：使用任意高溫斜鍥，當(dāng)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(cè)，那么在實(shí)際操作溫度下必須校驗(yàn)折射角。作為一個(gè)實(shí)踐，在檢測(cè)過程中的熱變化使得對(duì)實(shí)際折射角做精確測(cè)定變得困難。