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影响超声波测厚仪示值的因素分析和改进措施
发布时间：2017-09-01
1变厚度构件和严重锈蚀构件的测厚失效
1.1葛洲坝水电站变厚度金属埋件检测失效
1.1.1工程概况
葛洲坝水利枢纽自蓄水发电至今,运行已有29年,枢纽检修门槽金属埋件呈现不同程度的腐蚀状态。为掌握水下金属埋件的腐蚀程度、腐蚀等级、腐蚀深度及金属表面完好性等情况,合理安排检修门槽金属埋件水下防腐工作,受中国长江电力股份有限公司委托,青岛太平洋海洋工程有限公司于2009年11月至2009年12月对葛洲坝水利枢纽部分检修门槽金属埋件腐蚀状况进行了水下抽样检查。检查方法为潜水员使用超声波测厚仪以1米为一个断面依序测量,每个断面内测量2点。仪器型号为:英国产CYGNUS 1(水下、陆地通用)、CYG-NUS 2(主要用于陆地)。
检测部位为:大江冲沙闸2孔(3#孔、6#孔)上游事故检修门槽:四根钢侧轨、底坎止水钢板、胸墙门楣钢板。
大江电站2台机(10F-1、15F、17F-1、17F-2)机组进水口检修门槽:钢侧轨、护角钢板、底坎止水钢板、胸墙门楣钢板。
二江泄水闸2孔(18#孔、20#孔)检修门槽:钢侧轨、底坎止水钢板、胸墙门楣钢板。
二江电站1台机(3F)机组进水口检修门槽:钢侧轨、护角钢板、底坎止水钢板、胸墙门楣钢板。
三江冲沙闸1孔(3#孔)上游事故检修门槽:四根钢侧轨、底坎止水钢板、胸墙门楣钢板。
1.1.2存在问题及现场探究
在大江电站17F-2机组进水口检修门槽检测时,发现工字钢金属埋件翼缘部位(图1示E、J两点处),从坝顶到底坎,测厚仪均不读数,屏幕零显示,且稳定。
在快速排除仪器电量不足、探头磨损原因后,重点检查仪器的连接是否正常,同时对比测量D(I)、C(H)处的金属埋件,该区域均能显示稳定的读数,表明仪器连接正常。
是否被测物表面锈包等杂质未清理干净?于是潜水员按要求重复使用风动打磨机、风动针枪、铁铲等工具对该处表面进行了进一步的清理打磨,直到露出金属光泽,但是测量后依然不读数。
由此,分析是否被测物本身的属性影响了测量:工字钢翼缘部分是变厚度的,断面呈斜坡状(图2)。我们推断:这种类型的超声波测厚仪无法正确测量类似工字钢翼缘上表面与底面不平行的构件。为了证实这一推断,我们做了以下两个试验,测量前首先使用标准试块对超声波测厚仪进行了校对。
试验一:继续检测大江电站10F-1、15F、17F-1、二江电站3F机组进水口检修门槽金属埋件,发现工字钢翼缘部位均无读数,其余埋件如角钢、槽钢、钢板埋件均能得到稳定的读数。
试验二:选取三块大小不同的工字钢待测试件进行测量比对,待测试件分别为大江电站坝顶门机底部某工字钢构件、二江电站3F机组坝顶区域正在检修的拦污栅某工字钢构件、二江泄水闸16#孔坝顶金属材料堆放区某工字钢构件。
测量结果为:三块工字钢翼缘部位两端无读数(图2中A区域),翼缘靠近腹板区域读数紊乱(得到快速跳动、不稳定的读数,图2B区域),而同一构件的腹板区域均能得到稳定的读数。两次试验证实了上述推断。
1.1.3影响因素
被检测面与底面不平行,超声波到达底面时发生折射,探头无法接收到回波信号,仪器不读数。
1.2胜利八号平台严重锈蚀构件测厚失效
1.2.1工程概况
胜利八号自升式钻井平台,作业水深20m,钻井能力4500m,悬臂梁结构,一次就位最大钻井口数9口,无顶驱,1999年开始从事修井作业,为新加坡ROBIN造船有限公司建造。
胜利八号平台于2008年9月~12月在天津进行全面坞修,受中石化胜利石油管理局海洋钻井公司的委托,青岛太平洋海洋工程有限公司项目组于2008年9月~2008年12月,对胜利八号(主平台、生活动力模块)主要结构进行了超声波测厚、磁粉探伤,为业主在检修防护(如进行换板、防腐涂装、补焊等)方面提供了科学参考依据。测量仪器型号为:英国产CYGNUS 1。
1.2.2存在问题
工程中,在对主平台压载舱、预压载舱等主要结构进行检测时经常出现测厚仪读数紊乱的情况,读数相差较大,且得不到稳定的读数,无法进行准确测量。如:在对胜利八号平台3P1预压载舱(见图3所示平面图)左舷侧外壁、4P2预压载舱艉向外壁、4S2预压载舱艉向外壁进行检测时(进坞后平台四周搭建了钢管架,从外部施测较为方便。),测厚仪读数紊乱,局部区域甚至不读数。在排除常见干扰因素后,还是无法得出稳定的读数。
进舱实地察看预压载舱内侧情况,找到了干扰测量的原因:该舱壁钢板大面积严重腐蚀,存在大量锈包、锈坑,极易造成声波衰减、散射,影响测量。最后,结合目视检查和仪器测量情况,并对比原板厚度施测,测出板厚现值,业主对该区域整体或局部更换了新板。我们在胜利二号平台坞修无损检验工程、胜利油田CBG6、CB244单井平台常规检测工程中也碰到过类似问题,可以说较为普遍。
1.2.3影响因素
被检测物的背面、内部存在大量锈包、锈坑等腐蚀破坏现象,极易造成超声波的衰减、分散,导致探头无法接收到稳定的回波。
1.3结论
在测量时,遇到仪器不读数、读数紊乱的情况,必须弄清楚被测物的相关属性,分析被检物背面、内部可能存在的腐蚀情况及被检物附近是否存在影响测量的其他未知结构,找到影响探头不能接收稳定回波的原因,有目的地结合特定区域的目视检查、损伤性检查等来全面检测。
2减少测厚误差的措施
除仪器不读数及读数紊乱外,在实测时影响测量的因素有很多,测量同一构件时产生的误差也是由多方面因素造成的。主要采取以下措施来减少测量误差,提高测量精度。
2.1测前校准
测前校准是控制误差的一个重要步骤。每次测量前都使用标准试块对仪器进行校对(包括水上、水下示值对比),确保测量精度。每年需要将测量仪器送至国家法定计量检定单位检定并校准。
2.2表面清理打磨、耦合
金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层,虽与基体材料结合紧密,无明显界面,但声速在两种物质中的传播速度是不同的,从而造成测量误差,且随覆盖物厚度不同,误差大小也不同。因此,在施测前需要正确使用各种清理工具对被测物表面进行打磨处理。
工件表面粗糙度过大,造成探头与接触面耦合效果差,反射回波低,甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀,耦合效果极差的设备、管道等可通过打砂、研磨等方法对表面进行处理,降低粗糙度,同时将氧化物及油漆层去掉,露出金属光泽,使探头与被检物件通过耦合剂能达到良好的耦合效果。
2.3保持仪器的最佳工作状态
测量时确保仪器电量充足,定期更换磨损探头,正确选用及使用耦合剂,使仪器处于最佳的工作状态。
2.4选用合适的检测仪器
根据被测物的不同类型有针对性地选取检测仪器,如选用小管径专用探头,能较精确地测量管道等曲面材料,而使用普通测厚仪读数则不敏感。
3结束语
测量时若遇到不读数、读数紊乱、耦合标志闪烁等异常情况,应准确了解被测物的属性,不放过每一个疑点,必要时可查看结构图纸等资料或找相关技术人员了解情况,有效排除干扰因素,以利于得出正确的认识,同时结合多种测量手段(如目视检查、损伤性检查等)准确施测,防止漏检、误检的现象发生。
摘自：中国计量测控网
