專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具體為一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
流體輸送管道尤其是含固體顆粒的流體輸送管道經(jīng)常會(huì)受到介質(zhì)的腐蝕、沖蝕與磨蝕，導(dǎo)致其壁厚減薄。由于流體流動(dòng)特性的差異，管道不同部位的壁厚減薄是極不均勻的，彎頭、三通、設(shè)備的進(jìn)出口等部位通常是壁厚減薄較為嚴(yán)重的部位。而這些部位往往又是管道的高應(yīng)力區(qū)。對(duì)于高壓管道，這些部位無(wú)疑會(huì)成為最薄弱的環(huán)節(jié)，一旦壁厚減薄至低于承載所需最小壁厚，將會(huì)在這些部位首先產(chǎn)生裂紋并破裂，進(jìn)而造成災(zāi)難性事故。為此，對(duì)由于各種原因壁厚減薄嚴(yán)重的高壓管道進(jìn)行壁厚監(jiān)測(cè)是非常必要的。國(guó)內(nèi)外石油、化工、核電等行業(yè)都非常重視此類(lèi)管道的壁厚監(jiān)測(cè)，以保證生產(chǎn)的安全。而對(duì)于磨損等原因造成的壁厚減薄特別嚴(yán)重的部位甚至提出在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及安全評(píng)估的要求。目前，管道壁厚監(jiān)測(cè)方法主要有腐蝕檢測(cè)法、電阻腐蝕探針?lè)ê统暡ǚ?。腐蝕檢測(cè)法是利用化學(xué)成分分析儀檢測(cè)腐蝕系統(tǒng)的腐蝕物的含量及累積含量，從而間接地實(shí)現(xiàn)管道壁厚測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果往往只能對(duì)應(yīng)腐蝕的總量或平均量，很難對(duì)應(yīng)于管道局部壁厚的變化。電阻腐蝕探針?lè)ㄊ抢锰结樑c管壁的等長(zhǎng)度腐蝕并測(cè)量探針的電阻變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)管道壁厚的在線測(cè)量。然而安裝探針需要在管道上開(kāi)孔，而需要檢測(cè)的部位又多為彎頭、三通等特殊部位，開(kāi)孔并安裝探針很不方便，同時(shí)對(duì)于高壓管道，開(kāi)孔也會(huì)對(duì)其強(qiáng)度造成一定的負(fù)面影響。盡管超聲波壁厚測(cè)量在管道檢測(cè)中應(yīng)用很廣，但高溫管道的檢測(cè)需在管道壁厚的測(cè)點(diǎn)位置設(shè)置保溫盒，測(cè)量時(shí)打開(kāi)保溫盒，比較麻煩，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高溫管道壁厚的測(cè)量，還需要價(jià)格較貴的高溫探頭和高溫耦合劑，且操作人員需近距離接觸高溫構(gòu)件，易發(fā)生燙傷，勞動(dòng)條件差。中國(guó)專(zhuān)利CN2235603Y提出了一種綜合利用超聲波測(cè)厚原理及腐蝕探針原理的壁厚測(cè)量方法。該方法用于高溫爐襯厚度的在線檢測(cè)技術(shù)中，金屬測(cè)量桿代替探針插入高溫爐襯隨爐襯一同腐蝕，利用超聲波探頭測(cè)量測(cè)桿的長(zhǎng)度變化，進(jìn)而得到爐襯厚度的變化，然而這一技術(shù)同樣不能直接應(yīng)用于高溫高壓管道的壁厚檢測(cè)上，主要原因仍然是高壓管道的開(kāi)孔問(wèn)題。多項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利(US4783997、US7080556、US5951163)提出了利用超聲波緩沖桿(Buffer Rod)測(cè)量高溫物體，主要用來(lái)檢測(cè)管道或設(shè)備中的高溫流體，此時(shí)緩沖桿主要用作超聲導(dǎo)波桿，并提出涂層可有效減少超聲波的蔓延回聲，提高信噪比，同時(shí)提出具有錐度的緩沖桿具有更佳的導(dǎo)波性能。中國(guó)專(zhuān)利CN100483069C提出了一種高溫高壓管道的超聲波壁厚在線監(jiān)測(cè)方法。該方法在需要進(jìn)行管道壁厚檢測(cè)的部位焊接與高溫高壓管道材料相同的測(cè)量桿，測(cè)量桿端部設(shè)置冷卻裝置，以降低與超聲波探頭接觸端的溫度。從而可以利用一般的超聲波耦合劑和探頭較好的實(shí)現(xiàn)壁厚測(cè)量，實(shí)現(xiàn)高溫高壓管道的超聲波壁厚在線監(jiān)測(cè)。然而該方法需要測(cè)量導(dǎo)波桿的溫度分布，并對(duì)試件及導(dǎo)波桿內(nèi)的聲速進(jìn)行修正，才能推算出被測(cè)構(gòu)件的厚度，操作復(fù)雜，不利推廣。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法。該檢測(cè)方法操作容易，計(jì)算簡(jiǎn)便，既不影響高溫壓力管道的強(qiáng)度，又能利用一般超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行高溫壓力管道壁厚的檢測(cè)，成本低廉，適于工業(yè)化實(shí)施。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法采用以下工藝(I)在高溫壓力管道的外壁沿法線方向采用非焊透的方式焊接一個(gè)與高溫壓力管道同材質(zhì)的階梯導(dǎo)波桿，并在階梯導(dǎo)波桿端部的中心區(qū)保留足夠的未熔合面積，使階梯導(dǎo)波桿階梯部位的圓環(huán)面積、焊接區(qū)圓環(huán)的圓環(huán)面積以及中心區(qū)未熔合的圓面積盡可能相等;(2)在高溫壓力管道的外壁覆蓋保溫層，保溫層厚度大于階梯導(dǎo)波桿的階梯段長(zhǎng)度；(3)在階梯導(dǎo)波桿的中上部安裝冷卻裝置，工作時(shí)通過(guò)冷卻裝置使階梯導(dǎo)波桿的上端部冷卻至60°C以下，所述冷卻裝置為 水冷夾套或風(fēng)冷翅片；(4)使用常溫超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行超聲測(cè)量，利用數(shù)字超聲波探傷儀，測(cè)量各界面的反射波聲程，計(jì)算出階梯導(dǎo)波桿的導(dǎo)波階梯面與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)管道接觸界面之間的聲程差L1、管道內(nèi)壁面與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)管道接觸界面間的聲程差L2,已知階梯段長(zhǎng)度為Ici,則被測(cè)高溫壓力管道的厚度h由下式(I)給出
J^ = -TlZ11(I) O
丄與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明檢測(cè)方法將與管道材料相同的階梯導(dǎo)波桿以非焊透的形式垂直地焊接在高溫壓力管道檢測(cè)部位；階梯導(dǎo)波桿的中上部設(shè)置冷卻裝置，使其上端部溫度降低，以便使用常規(guī)超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行測(cè)量；被測(cè)高溫壓力管道及階梯導(dǎo)波桿下部加保溫材料，保證導(dǎo)波桿階梯段的溫度接近被測(cè)高溫壓力管道的溫度，利用數(shù)字超聲波探傷儀的測(cè)厚功能，測(cè)量階梯導(dǎo)波桿的階梯面、階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)管道接觸界面以及管道內(nèi)壁面的反射波，根據(jù)導(dǎo)波桿階梯段的已知長(zhǎng)度及上述各界面反射波的聲程差，不需修正即可推算出被測(cè)高溫壓力管道的厚度；因此具有操作容易，計(jì)算簡(jiǎn)便，既不影響高溫壓力管道的強(qiáng)度，又能利用一般超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行高溫壓力管道壁厚的檢測(cè)，成本低廉，適于工業(yè)化實(shí)施。


圖1是本發(fā)明高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法一種實(shí)施例的階梯導(dǎo)波桿及其安裝檢測(cè)剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法一種實(shí)施例的超聲波反射波形圖，該圖給出的是由始波與階梯面反射波確定的階梯導(dǎo)波桿上端面與階梯面之間的距離。圖3是本發(fā)明高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法一種實(shí)施例的超聲波反射波形圖，該圖給出的是由始波與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)試件接觸界面反射波確定的階梯導(dǎo)波桿上端面與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)試件接觸界面之間的距離。圖4是本發(fā)明高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法一種實(shí)施例的超聲波反射波形圖，該圖給出的是由始波與被測(cè)試件下表面反射波確定的階梯導(dǎo)波桿上端面與被測(cè)試件下表面之間的距離。圖5是本發(fā)明高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法一種實(shí)施例的階梯導(dǎo)波桿各反射面面積示意圖；其中，Al所示的是階梯部位的圓環(huán)面積；A2所示的是焊接區(qū)圓環(huán)的圓環(huán)面積；A3所示的是中心部位未熔合的圓面積。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明。本發(fā)明設(shè)計(jì)的高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法(簡(jiǎn)稱(chēng)檢測(cè)方法，參見(jiàn)圖1-5)，該檢測(cè)方法先將與管道材料相同的階梯導(dǎo)波桿以非焊透的形式垂直地焊接在高溫壓力管道檢測(cè)部位；階梯導(dǎo)波桿的中上部設(shè)置冷卻裝置，使其上端部溫度降低，以便使用常規(guī)超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行測(cè)量；被測(cè)高溫壓力管道及階梯導(dǎo)波桿下部加保溫材料，保證導(dǎo)波桿階梯段的溫度接近被測(cè)高溫壓力管道的溫度，利用數(shù)字超聲波探傷儀的測(cè)厚功能，測(cè)量各界面的反射波，根據(jù)導(dǎo)波桿階 梯段的已知長(zhǎng)度及各界面反射波的聲程差，不需修正即可推算出被測(cè)高溫壓力管道的厚度。本發(fā)明檢測(cè)方法具體采用以下工藝(I)在高溫壓力管道I的外壁沿法線方向采用非焊透的方式焊接一個(gè)與高溫壓力管道同材質(zhì)的階梯導(dǎo)波桿3，為了保證非焊透連接，階梯導(dǎo)波桿3端部中心區(qū)需保留足夠的未熔合面積，為了使超聲波在各界面的反射波均具有較大的反射強(qiáng)度，要求階梯導(dǎo)波桿3階梯部位的圓環(huán)面積、焊接區(qū)圓環(huán)的圓環(huán)面積以及中心區(qū)未熔合的圓面積盡可能相等；(2)在高溫壓力管道I的外壁覆蓋保溫層2，保溫層2厚度需大于階梯導(dǎo)波桿3的階梯段長(zhǎng)度，以保證階梯段的溫度盡量接近被測(cè)高溫壓力管道I (被測(cè)管道I)的壁溫；(3)在階梯導(dǎo)波桿3的中上部安裝冷卻裝置4，工作時(shí)通過(guò)冷卻裝置使階梯導(dǎo)波桿
3的下端部冷卻至60°C以下；所述冷卻裝置4為水冷夾套或風(fēng)冷翅片；(4)使用常溫超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行超聲測(cè)量，利用數(shù)字超聲波探傷儀，測(cè)量階梯導(dǎo)波桿3的階梯面、階梯導(dǎo)波桿3與被測(cè)管道I的接觸界面以及管道內(nèi)壁面的反射波聲程，計(jì)算出階梯導(dǎo)波桿3的導(dǎo)波階梯面與階梯導(dǎo)波桿3和被測(cè)管道I接觸界面之間的聲程差L1、管道內(nèi)壁面與階梯導(dǎo)波桿3和被測(cè)管道I接觸界面間的聲程差L2,已知階梯段長(zhǎng)度為I0,則被測(cè)管道(I)的厚度h由式(I)給出^ =(I)實(shí)際上，將與管道材料相同的階梯導(dǎo)波桿以非焊透的形式垂直地焊接在被測(cè)管道I的監(jiān)測(cè)部位，只要保證階梯導(dǎo)波桿3階梯面的溫度接近被測(cè)管道I的溫度，利用階梯段的已知長(zhǎng)度Itl及階梯導(dǎo)波桿3的導(dǎo)波階梯面與階梯導(dǎo)波桿3和被測(cè)管道I接觸界面之間的聲程差L1、管道內(nèi)壁面與階梯導(dǎo)波桿3和被測(cè)管道I接觸界面間的聲程差L2，不需修正，即可推算出被測(cè)管道I的厚度。下面給出本發(fā)明檢測(cè)方法的具體實(shí)施例，具體實(shí)施例不限制本申請(qǐng)權(quán)利要求的保護(hù)范圍。實(shí)施例1將階梯導(dǎo)波桿3的下端部焊接在一塊平面圓板(被測(cè)管道I)上，所述階梯導(dǎo)波桿3與平面圓板均采用20鋼為原料制作，階梯導(dǎo)波桿3的直徑20mm，長(zhǎng)度180mm，階梯段長(zhǎng)度
I。為15mm ;經(jīng)卡尺測(cè)量得到選用的平面圓板厚度為20mm，用H08A焊絲采用氬弧焊將階梯導(dǎo)波桿3焊在平面圓板上；然后在焊接部位設(shè)置保溫層2，保溫層2為石棉帶(參見(jiàn)圖1)；再在焊接部位的上端安裝水冷卻裝置4，冷卻套筒為外徑57mm，壁厚3. 5mm的鋼管，冷卻長(zhǎng)度50mm，通入冷卻水，利用電加熱將平面圓板加熱至380°C，冷卻水流量25m3/h，測(cè)得階梯導(dǎo)波桿3下端部的溫度為29°C ;利用數(shù)字超聲波探傷儀CTS-2020測(cè)量階梯導(dǎo)波桿3的導(dǎo)波階梯面、階梯導(dǎo)波桿3和圓板(被測(cè)管道I)接觸界面、圓板(被測(cè)管道I)下表面的反射波聲程，設(shè)定探傷儀的聲速為5920m/s，得到反射波情況是(參見(jiàn)圖2-4):圖2給出的是由始波與階梯面反射波確定的階梯導(dǎo)波桿上端面與階梯面之間的距離，圖3給出的是由始波與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)試件接觸界面反射波確定的階梯導(dǎo)波桿上端面與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)試件接觸界面之間的距離，圖4給出的是由始波與被測(cè)試件下表面反射波確定的階梯導(dǎo)波桿上端面與被測(cè)試件下表面之間的距離。因此，所述聲程差是L1=ISl. 5-166. 1=15. 4mm,L2=202. 1-181. 5=20. 6mm。由式(I)計(jì)算得到，圓板厚度為20. 06mm,與圓板實(shí)際厚度的誤差僅為0. 06mm。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法，該方法采用以下工藝 (1)在高溫壓力管道的外壁沿法線方向采用非焊透的方式焊接一個(gè)與高溫壓力管道同材質(zhì)的階梯導(dǎo)波桿，并在階梯導(dǎo)波桿端部的中心區(qū)保留足夠的未熔合面積，使階梯導(dǎo)波桿階梯部位的圓環(huán)面積、焊接區(qū)圓環(huán)的圓環(huán)面積以及中心區(qū)未熔合的圓面積盡可能相等； (2)在高溫壓力管道的外壁覆蓋保溫層，保溫層厚度大于階梯導(dǎo)波桿的階梯段長(zhǎng)度； (3)在階梯導(dǎo)波桿的中上部安裝冷卻裝置，工作時(shí)通過(guò)冷卻裝置使階梯導(dǎo)波桿的上端部冷卻至60°C以下，所述冷卻裝置為水冷夾套或風(fēng)冷翅片； (4)使用常溫超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行超聲測(cè)量，利用數(shù)字超聲波探傷儀，測(cè)量各界面的反射波聲程，計(jì)算出階梯導(dǎo)波桿的導(dǎo)波階梯面與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)管道接觸界面之間的聲程差乙、管道內(nèi)壁面與階梯導(dǎo)波桿和被測(cè)管道接觸界面間的聲程差Z2，已知階梯段長(zhǎng)度為人，則被測(cè)高溫壓力管道的厚度h由下式(I)給出
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法，其特征在于所述數(shù)字超聲波探傷儀型號(hào)為CTS-2020，聲速為5920 m/s。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測(cè)方法，該方法采用以下工藝(1)在高溫壓力管道的外壁沿法線方向采用非焊透的方式焊接一個(gè)與高溫壓力管道同材質(zhì)的階梯導(dǎo)波桿，并在階梯導(dǎo)波桿端部的中心區(qū)保留足夠的未熔合面積；(2)在高溫壓力管道的外壁覆蓋保溫層，保溫層厚度大于階梯導(dǎo)波桿的階梯段長(zhǎng)度；(3)在階梯導(dǎo)波桿的中上部安裝冷卻裝置，工作時(shí)通過(guò)冷卻裝置使階梯導(dǎo)波桿的上端部冷卻至60℃以下；(4)使用常溫超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行超聲測(cè)量，利用數(shù)字超聲波探傷儀，測(cè)量各界面的反射波聲程，計(jì)算出聲程差L1和L2，已知階梯段長(zhǎng)度為l0,則被測(cè)高溫壓力管道的厚度h由下式(1)給出 (1)。
文檔編號(hào)G01B17/02GK103063170SQ20121058164
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者高炳軍, 富陽(yáng), 石永亮, 權(quán)紅恩, 馬文蓉 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)