高温超声检测技术应用浅析

　　背景:

　　虽然大多数的超声探伤和厚度测量可在常温环境下实施，但是，在许多情况是需要检测热的材料。这种情况经常发生在加工行业，在那儿热金属管或容器必须在没有停车冷却下检测，除此以外也包括涉及热材料制造的场合，如挤压的塑料管或在制造后立即热态模制的塑料，或是金属锭或铸件完全冷却之前的检测，常规的超声探头可以允许最高50℃或125℉的温度。在更高的温度，由于热膨胀导致的内部脱粘，它们最终会遭受永久性损伤。如果被检材料约高于50℃或 125℉，那么必须应用高温探头和特殊的检测技术。

　　这些应用注释包括关于高温探头和耦合剂的选择的快速参考信息，以及关于它们的使用的重要因素。它覆盖了在温度最高约为500℃或1000℉下的材料的常规超声检测。在涉及高于此温度的研究应用中，使用非常专业的波导技术，它们已经超出了本注释的范围。

　　1.探头  

　　Panametrics-NDT高温探头分为两类，双晶探头和延迟线探头。在这两种探头中，延迟线材料(对双晶探头而言延迟线材料在内部)在实际探头晶片和热检测表面之间作为热绝缘体。出于设计的原因，在标准的产品系列中没有高温的接触式或水浸式探头。高温双晶探头和延迟线探头可以用于厚度测量和探伤。由于在所有的超声检测中，对一个特定的应用，最佳的探头由特殊的检测要求决定，包括材料、厚度范围、温度、以及在缺陷检测的情况下，有关缺陷的类型和尺寸。欲得到探头选择帮助，请联系上海克洛力有限公司。

　　(a)厚度测量

　　高温厚度测量的极普遍的应用是腐蚀测量，热的管和容器的残余金属厚度测量使用腐蚀测厚仪如37DL和MG2系列。设计用于泛美腐蚀测厚仪使用的探头大多数适合用于高温使用。普遍使用的D790系列探头可用于表面温度达500℃或930℉。

　　使用25系列仪器用于高精度厚度测量应用，如热塑料，在M200系列中的任意一个标准Miscroscan延迟线探头都可配用高温延迟线。 DLHT-1、-2和-3延迟线可用于表面温度最高为260℃或500℉。DLHT-101、-201和-301延迟线能用于表面温度最高为175℃或 350℉。这些延迟线都在探头清单中列出。

　　在需要低频探头来增加穿透能力的富有挑战性的应用中，Videoscan 可替换保护膜探头和适当的高温延迟线也可能用于25系列测厚仪。此系列的探头标准延迟线可与高达480℃或900℉的表面接触，

　　(b)探伤

　　与在高温厚度测量应用中一样，高温探伤也普遍使用双晶探头或延迟线探头。所有标准的泛美探伤双晶探头提供高温性能。频率为5MHz或小于 5MHz的指尖双晶探头、平头外壳双晶探头和扩展范围双晶探头可用于最高约425℃或800℉，而且，更高频率的双晶探头(7.5和10MHz)可用于最高约175℃或350℉。

　　所有的Videoscan可替换保护膜探头可与合适的高温延迟线配备用于探伤应用中。此类型的探头延迟线可与高达480℃或900℉的表面接触。

　　涉及薄材料的应用通常通过V200系列延迟线探头来处理，其中任何一种都可以和高温延迟线配套使用。DLHT-1,-2,-3延迟线可用于表面温度最高为260℃或500℉。DLHT-101、-201和-301延迟线能用于表面温度最高为175℃或350℉。

　　我们也提供特殊的用于斜探头的高温锲块，ABWHT系列用于260℃或500℉而ABWHT系列用于480℃或900℉。可用尺寸的详细资料可从销售部门获得。

　　耦合剂

　　最常用超声耦合剂如丙二醇、甘油和超声凝胶体如果用于表面温度高于近100℃或200℉会很快蒸发。因此，在高温时超声检测需要特殊配方的耦合剂，它能保持为稳定的液体或糊状而不会汽化，燃烧或是释放出毒烟。了解它们使用的特定温度范围，并且只能在这个范围内使用它们是很重要的。使用超出其预期范围的高温耦合剂可能导致差的声学性能和/或安全危害。

　　在非常高的温度时，即使是专用高温耦合剂也必须快速使用，因为它们将会变干或凝固而且不再传送超声波能量。在下一次测量前干的耦合剂残留物应该从试件表面和探头表面擦除。

　　注意：垂直入射的横波在高温下通常无法耦合，因为商业横波耦合剂会液化而且高粘性会降低，而高粘性对于横波的传播是必须的。

　　我们提供两种类型的高温耦合剂：

　　耦合剂E-Ultratherm

　　推荐在500oF到1000oF(260oC到540oC)使用

　　耦合剂G-中等温度耦合剂

　　推荐在温度最高为600 oF(315 oC)时使用

　　欲从泛美获得全部耦合剂的清单及每种耦合剂的更多的注释，请参考Ultrasonic Couplants上的NDT应用注释

　　测试技术

　　在为一个高温应用建立检测工艺时必须始终考虑以下因素：

　　工作周期：所有的标准高温探头设计时都考虑到工作周期。虽然延迟线使探头内部绝缘，与高温表面长时间接触会导致明显的热量堆积，而且，如果内部温度变得足够高时，最终会导致探头永久性损坏。对大部分的双晶探头和延迟线探头，对表面温度在约90oC到425oC(200oF到800oF)时，推荐的工作周期为接触热表面的时间不超过10秒(推荐5秒)，接着是最少1分钟的空气冷却。注意这只是一个指导方针，在一个特定探头的指定温度范围的上限，其接触时间和冷却时间的比率变得更加重要。通常，如果探头外壳温度高得无法光手舒适地拿着，那么探头内部温度达到了一个潜在的损坏温度，所以在继续检测前探头必须冷却下来。某些用户用水来冷却以加快冷却过程，然而泛美没有发布水冷的官方指针，水冷却的适用性必须由用户决定。

　　泛美EPOCH系列探伤仪、37DL和MG2测厚仪都具有冻结功能，能用来冻结显示波形和读数。因为冻结功能允许操作者捕获读数并且快速将探头移开热表面，所以它在高温测量时非常有用。

　　使用测厚仪时，应该使用快速屏幕更新模式来使接触时间最小化。

　　耦合方法：探头工作周期需求和耦合剂在适用厚度范围上限时凝固或汽化的趋向要求操作者在工件上快速工作。许多用户发现最好的方法是将一滴耦合剂滴在探头表面然后将探头稳稳地压在试样表面，不需要扭曲或磨它(这可能导致探头磨损)。在两次测量之间，任何干的耦合剂残留物都必须从探头表面除去。

　　增益增加：和所有的EPOCH探伤仪一样，37DL和MG2仪器有增益增加功能。因为高衰减和高温测量联系在一起，因此在测量前增加增益是很有用的。

　　声速变化：在所有的材料中声速随温度改变，当材料加热时声速会慢下来。温度高的材料的精确厚度测量始终需要声速重新校准。在钢中，声速随温度改变约为每 55oC改变1%(准确值随合金成份而改变)。在塑料和其他聚合物，改变会更大，在温度接近熔点时每改变55oC或100oF声速能改变近 50%。如果没有材料的温度/声速变化图，那么在实际检测温度下必须在对试块样品做声速校准。

　　零点重新校准：当使用双晶探头做厚度测量时，要记住对一个特定的探头，当它变热时由于通过延迟线的传播时间改变，其零点偏移值会改变。因此，为保持测量精度，定期做一个重新零点校准是必要的。使用泛美腐蚀测厚仪(37DL和MG2)，通过仪器的自动零点校准功能，只要按ZERO键就可以快速而轻易地做到。

　　增加的衰减：在所有材料中的声波衰减会随着温度增加，而且这个效应在塑料中比在钢中或陶瓷中更加显著。在典型的细的晶粒碳素合金钢中，室温下，5M下的衰减约为 2dB/100mm。在500oC或930oF，衰减增加到约每100mm 声程为15 dB。在高温检测大声程材料时，这个效应需要使用显著增加的仪器增益，而且也需要调整在室温下制定的距离/增幅校正曲线(DAC)或TVG(深度补偿)程序。在聚合体物温度/衰减效应很高程度上取决于材料，有代表性的是在数值上比上述碳素合金钢大几倍。特别地，一个被加热的长的高温延迟线可能就代表了在一次检测中总衰减的重要来源。

　　斜锲中的角度变化：使用任意高温斜锲，当它加热时，在斜锲材料中的声速会降低，因此斜锲变热时在金属中的折射角也会增加。如果涉及一个给定的检测，那么在实际操作温度下必须校验折射角。作为一个实践，在检测过程中的热变化使得对实际折射角做精确测定变得困难。