厚壁不锈钢管超声波测厚示值减小的产生原因

超声波测厚仪测量厚壁不锈钢管壁厚的原理是:测厚仪主机的发射电路产生高压冲击波,该高压冲击波激发探头产生超声波发射脉冲波,脉冲波以恒定的速度由厚壁不锈钢管外表面传到内表面,又由内表面反射到外表面,通过探头被主机的接收电路接收,并记录脉冲波在外表面和内表面之间往返所用的时间;主机计数显示电路根据脉冲波的速度和单程所用的时间,计算出脉冲波单程传导的距离,即厚壁不锈钢管的壁厚;最后,由液晶显示器显示出所测壁厚的数值。

如果管体中存在基体金属以外的障碍物,如裂纹或夹杂物,将阻止脉冲波的传导。脉冲波由外表面传到障碍物就将返回到外表面,而不能传到内表面再返回外表面。这样,脉冲波单程传导的距离就会缩短,液晶显示器显示的壁厚数值就会减小,从而出现厚壁不锈钢管超声波测厚示值减小现象。生产中用超声波测厚仪测量厚壁不锈钢管壁厚时出现的示值减小现象,是由管体中存在的异常夹杂物造成的,管体中夹杂物正常,则不出现超声波测厚示值减小的现象。

经扫描电镜能谱分析鉴定,这些夹杂物是氧化物,其中含量较多的有CaOAl2O3SiO2,来自炼钢炉渣,也是脱氧产物;含量较少的有MnONa2OZrO2K2OMgOZrO2MgO来自耐火材料,Na2OK2O来自浇注保护渣。根据这些夹杂物数量多、长度长和分布集中的特点,可以认为它们主要是在冶炼和浇注过程中,由炉渣、保护渣以及被浸蚀的耐火材料卷入并残留在钢中而未被排除所致,是冶炼和浇注工艺某些参数匹配不当的结果[1-3]。由于冶炼和浇注过程将炉渣、保护渣以及被浸蚀的耐火材料卷入并残留在钢中而未被排除的情况是局部的,因此厚壁不锈钢管超声波测厚示值减小现象,尽管很典型,但出现的比例有限。

连铸时钢液凝固从外表面向中心区域逐渐减慢,弧形连铸的弧形段又使夹杂物逐渐上浮,所以夹杂物一般都积聚在连铸坯的中心和内弧半径1/2区域,连铸坯的外表面区域夹杂物很少。连铸坯轧制成厚壁不锈钢管后,厚壁不锈钢管壁厚的中间区域相当于连铸坯内弧半径1/2区域,厚壁不锈钢管壁厚靠近内表面区域相当于连铸坯中心区域,自然在厚壁不锈钢管壁厚的中间区域和靠近内表面区域夹杂物严重,而在壁厚靠近外表面区域几乎没有夹杂物[2-4]。金属在穿孔和轧管过程中会发生扭转变形,所以管体中的夹杂物随金属一起变形大致呈螺旋形分布。

用超声波测厚仪测量厚壁不锈钢管壁厚,测厚仪在没有夹杂物的部位的示值与实际壁厚相符,在有夹杂物的部位的示值就要减小。由于夹杂物大都分布在壁厚的中间区域和靠近内表面区域,靠近外表面区域几乎没有,因此超声波测厚仪从厚壁不锈钢管外表面进行壁厚测量,不合格壁厚的数值大都为1/2壁厚和2/3壁厚左右,很少测到小于1/3壁厚的数值。使用超声波测厚仪测量厚壁不锈钢管壁厚时出现示值减小现象,是超声波探伤检测出伤波的数字化表现。超声波探伤检测出伤波的原因,可能是夹杂物,也可能是裂纹,对某一特定情况要具体分析,不能一概而论。

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