不锈钢及镍基堆焊层厚度测量

收稿日期:2001-04-25

作者简介:许遵言(1956-),男,高级工程师,1982年毕业于上海科技大学物理系,长期从事无损检测工作,发表论文10余篇。

文章编号:　CN31-1508(2002)03-0017-04

不锈钢及镍基堆焊层厚度测量

许遵言,　张　俭

(上海锅炉厂有限公司,　上海200245)

关键词:　堆焊层;测厚

摘　要:　叙述了运用磁性法或超声法对核电和化工容器中不锈钢及镍基堆焊层厚度进行测量的原理、方法及主要影响因素,比较了这两种方法的测量结果。中图分类号:　TG 455 文献标识码:　B

0　前言

核电中的压力壳、蒸发器一次侧和稳压器内壁都堆有奥氏体不锈钢或镍基堆焊层,不少化工容器如加氢反应器内壁也堆有奥氏体不锈钢堆焊层,其目的是为了增强容器的抗腐蚀性

能。堆焊层的厚度一般为3～14mm ,因此在容器制造过程中必须对堆焊层厚度进行控制。常用的堆焊层测厚方法有机械测厚、磁性测厚和超声测厚,而适用于容器制造的主要是磁性测厚和超声测厚,由于这两种方法的原理和手段不同,因而其影响因素也不一样。我们在实际测量中发现有些因素会使误差大大超出仪器原有的范围,甚至使测厚无法进行,所以用不同的方法对不同种类的堆焊层测厚,它们的校正方法或最终结果的评定也应有所不同。

1　方法和原理

1.1磁性测厚

磁性测厚是利用磁感应原理对磁性基体上的非磁性涂层进行测厚,设备包括测厚仪和探

头。探头通过初级激励线圈产生一个磁场,并通过次级线圈探测这个磁场。次级线圈将收到的信号转换成电压,然后输送到检测电路。当

探头接近铁磁性物体时,磁场发生变化,次级线圈的输出电压也随之变化,变化的范围取决于探头极的顶部与磁性物体表面之间的距离,也就是说次级线圈产生的信号和涂层厚度是成比例的。最后,仪器通过校正曲线把信号转换成涂层厚度。

校正曲线是储存在测厚仪储存器内的一条反映输入信号与厚度的归一化了的曲线,由于该曲线受基体金属的磁导率、工件曲率以及工件厚度等的影响。因此,在测厚前必须对该曲线进行校正。假定堆焊层厚度为δ,则校正点分别为探头能测定的最小厚度、1/3δ、δ、3δ和无穷大值。校正在试块上进行,试块可采用两种形式:一种是已知厚度并且与工件同材料同堆焊方法的堆焊层试块,另一种是薄片。堆焊层试块的优点是与实际工件较为接近,缺点是由于工件尺寸和材料不同,因而需要制作很多试块。薄片的优点在于只需加工一系列不同厚度的试片,放在工件基体上校正就可适用不同的场合,但其缺点在于薄片与基体存在空隙,如果放置不好会造成测量不准。

影响磁性测厚的因素主要有基体金属的磁性与厚度、工件曲率、表面粗糙度、边缘效应、漏磁场、外来杂质、探头的压力和方向等。

第33卷第3期2002年3月　

锅　炉　技　术

BOI LER T ECHNO LOG Y

Vol .33,No .3M ar .,2002

1.2超声测厚

超声测厚是利用声波在基体和堆焊层结合面上的反射来进行的,由于基体和堆焊层的声阻抗较为接近,因而界面反射波较小,使用单直探头不容易得到该反射波,实际中采用焦点位于界面的双晶直探头,使声束能量集中,提高信噪比,从而得到较大的反射信号。

超声测厚的关键是时基线的校正,即使超声探伤仪上的时基线与深度成一定比例。校正可在薄片上进行也可在试块上进行,只要有2个反射点即可。所以,试块可采用平底孔试块或横孔试块,但最好使用如图1所示的阶梯形试块,其优点在于它与实际情况最为接近,并且校验时已排除了熔深的影响。

图1　超声测厚校正试块

校验的方法是按需要测定的范围,选定2个参考反射面,把它们的深度值按比例设在时

基线刻度上,这样可从荧光屏上直接读出堆焊层的深度值。但如果选择不当,在实际测量时,荧光屏上所显示的值与实际会有较大的偏差。这个原因可用声程与深度的关系来解释,我们知道在超声波探伤中往往也是把时基线与深度校正成一定的比例,之所以能这样做是因为在单直探头中声程即深度,而在单斜探头中声程与深度是成线性的,但对双晶直探头则不然,它们的关系比较复杂,图2所示是双晶直探头声程与深度的关系。

如果假定焦点位于声束轴线d 2处,即探头

分隔中心与声束轴线的交点,那么任何偏离焦点的位置,如图中d 1和d 3就不位于主声束中心,这样深度d 与声程S 就不成线性关系,从图2可见,声程:

图2　双晶直探头声程与深度的关系

S =[(d +d 0)2

+l 02]1/2

(1)

式中,d =d 1,d 2,d 3……为测点深度,d 0和l 0都是与探头有关的参数。由(1)式可见,双晶探头中声程与深度的非线性关系在近表面时表现得更加明显。设深度d 1时声程为S 1,深度d 3时声程为S 3,校正时按比例把深度d 1设在时基线刻度X 1处,深度d 3设在时基线刻度X 3处,但实际上时基线的读数并不与深度d 而是与声程S 成比例的,即S 与X 有线性关系S -S 1=S 3-S 1

X 3-X 1

(X -X 1)

(2)而深度d 可根据(1)式求出

d =(S 2-l 02)1/2

-d 0

(3)

不过在实际中要计算出d 值较为困难,因为d 0和l 0不容易确定,表1是我们在试块上用不同深度的横孔所测得的数值,校正孔的深度为1m m 和13mm ,校正比例5∶1。

表1　试块上不同深度横孔测得数值

孔深(mm )

实测值(mm )

误差

32.60.454.40.675.20.898.40.610

10.8

0.2

从表1可见,测量值要小于实际值,越是离开校正点,误差也越大。所以用来校正的两个

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