 Предпосылка: Несмотря на то, что в большинстве случаев ультразвуковой контроль осуществляется при нормальной температуре материала и окружающей среды, возникают ситуации, когда необходимо выполнить контроль горячих материалов. Такая необходимость возникает в обрабатывающей промышленности, когда контроль металлических труб или резервуаров проводится без вывода их из эксплуатации. Это также происходит в случае контроля экструдированных пластиковых труб или термически формованных труб из пластика, или при контроле металлических брусков и литых изделий до их охлаждения. Традиционные ультразвуковые преобразователи работают при температуре примерно до 50° C. При более высоких температурах, преобразователи могут выйти из строя по причине внутренних нарушений, вызванных тепловым расширением. Если температура исследуемого материала выше 50° C, следует использовать высокотемпературные преобразователи и специальные технологии контроля.
Данная инструкция по применению содержит краткую справочную информацию о выборе высокотемпературных преобразователей и контактных жидкостей с учетом некоторых важных факторов. Здесь также описывается традиционный ультразвуковой контроль материалов при температурах, достигающих 500° C. В научных исследованиях, где температура может превышать указанное значение, используется специальная технология волновода. В данной статье она не рассматривается.
1. Преобразователи
Высокотемпературные преобразователи Olympus подразделяются на две категории: раздельно-совмещенные ПЭП и преобразователи с линией задержки. В обоих случаях, материал линии задержки (внутренний, в случае раздельно-совмещенных ПЭП) служит в качестве теплоизолирующей прокладки между активным элементом ПЭП и горячей поверхностью объекта. Из конструктивных соображений, контактные высокотемпературные ПЭП и иммерсионные ПЭП в стандартной линейке продуктов не представлены. Высокотемпературные раздельно-совмещенные ПЭП и преобразователи с линией задержки доступны как для измерения толщины, так и для выявления дефектов. Как во всех случаях УЗК, оптимальный преобразователь для конкретной задачи будет определен с учетом специальных требований контроля, включая: особенности материала, диапазон толщины, температуру и, в случае выявления дефектов, типа и размера дефектов.
(a) Толщиномеры
Чаще всего измерения толщины на горячих поверхностях проводятся в ходе коррозионного мониторинга, измерения остаточной толщины стенок металлических труб и резервуаров с помощью толщиномеров 38DL PLUS и 45MG. Большинство преобразователей, предназначенных для использования с коррозионными толщиномерами Olympus, подходят для измерения при высоких температурах. Популярные преобразователи D790 могут использоваться на горячих поверхностях до 500° C. Полный перечень доступных раздельно-совмещенных преобразователей для измерения толщины коррозии в заданном температурном режиме, см. по ссылке: Раздельно-совмещенные преобразователи для измерения толщины коррозии.
Для высокоточного измерения толщины горячих пластмасс с помощью толщиномера 38DL PLUS или 45MG с ПО для одноэлементных ПЭП, любые стандартные преобразователи с линией задержки Microscan серии M200 (включая преобразователи M202, M206, M207 и M208) могут быть оснащены линиями задержки, предназначенными для высоких температур. Линии задержки DLHT-1, -2 и -3 могут использоваться на горячих поверхностях (до 260° C). Линии задержки DLHT-101, -201 и -301 могут использоваться на поверхностях, нагретых до 175° C. Эти линии задержки представлены на стр. Преобразователи с линией задержки.
В сложных ситуациях, требующих использования низкочастотных ПЭП для улучшенного проникновения, преобразователи Videoscan со сменными насадками и соответствующими высокотемпературными линиями задержки также могут использоваться с толщиномерами 38DL PLUS и 45MG с программной опцией повышенного проникновения. Потребуются специальные настройки ПЭП. Стандартные линии задержки для данного семейства преобразователей могут использоваться на горячих поверхностях (до 480° C). Полный перечень преобразователей и линий задержки см. на стр.: Преобразователи со сменными насадками.
(b) Дефектоскопы
Как и при измерениях толщины высоконагретых объектов, при сканировании горячих поверхностей на наличие дефектов чаще всего используются раздельно-совмещенные преобразователи и преобразователи с линией задержки. Все стандартные раздельно-совмещенные преобразователи Olympus для выявления дефектов способны выдерживать высокие температуры. Пальцевые ПЭП (управляемые с помощью указательного пальца), ПЭП со съемным кабелем и защитным резиновым покрытием, а также раздельно-совмещенные ПЭП с расширенным диапазоном измерения, частотой 5 МГц или менее могут использоваться при температуре поверхности до 425° C; преобразователи с частотой 7,5 и 10 МГц — при температурах до 175° C. Полный перечень преобразователей данной категории см. по ссылке: Раздельно-совмещенные преобразователи для выявления дефектов.
Для выявления дефектов можно использовать преобразователи Videoscan со сменными насадками и соответствующими высокотемпературными линиями задержки. Предлагаемые линии задержки для данного семейства преобразователей могут использоваться на горячих поверхностях (до 480° C). Полный перечень преобразователей и линий задержки для измерения при максимальных температурах см. по ссылке: Преобразователи со сменными насадками.
В случае с тонкими материалами лучше всего использовать преобразователи серии V200 (обычно это модели V202, V206, V207 и V208), которые могут быть оснащены высокотемпературными линиями задержки. Линии задержки DLHT-1, -2 и -3 могут использоваться на горячих поверхностях (до 260° C). Линии задержки DLHT-101, -201 и -301 могут использоваться на поверхностях, нагретых до 175° C. Эти преобразователи и линии задержки представлены в Списке преобразователей с линией задержки.
Мы также предлагаем специальные высокотемпературные призмы для использования с наклонными ПЭП: призмы серии ABWHT для измерений при температурах до 260° C и призмы ABWVHT – при температурах до 480° C. Подробную информацию о доступных размерах призм можно получить в нашем отделе продаж.
2. Контактные жидкости
Большинство стандартных контактных жидкостей, таких как пропиленгликоль, глицерин и ультразвуковые гели, быстро испаряются на поверхностях, температура которых превышает 100° C. Ультразвуковой контроль при высоких температурах поверхности объектов контроля требует использования контактных жидкостей со специальным химическим составом, которые сохраняют устойчивое жидкое или пастообразное состояние без выкипания, сгорания или образования токсичных паров. Все высокотемпературные контактные жидкости следует использовать только в температурном диапазоне, для которого они предназначены. Использование таких контактных жидкостей вне предназначенного диапазона может привести к ухудшению акустических характеристик и/или нарушению безопасности. Имейте в виду, что при очень высоких температурах даже высокотемпературные контактные жидкости должны использоваться кратковременно, так как они имеют тенденцию высыхать или затвердевать, препятствуя передаче ультразвука. Сухой остаток контактной жидкости следует удалять с преобразователя и поверхности объекта контроля перед проведением следующего измерения. Преобразователи с нормальным углом ввода поперечной ультразвуковой волны требуют использования контактных жидкостей с высокой вязкостью (густые смолы), поскольку обычные контактные жидкости при высоких температурах теряют свойства и не проводят поперечные волны. Мы предлагаем два типа высокотемпературных контактных жидкостей:
Контактная жидкость G – Среднетемпературная контактная жидкость, используемая при температурах до 315°C. Контактная жидкость H – Высокотемпературная контактная жидкость, используемая в открытой среде при температурах до 510°C. Во избежание возгорания испарений, не используйте среднетемпературные и высокотемпературные контактные жидкости в непроветриваемых помещениях. За дополнительной информацией обращайтесь в компанию Olympus. Полный перечень контактных жидкостей производства Olympus и пояснения к ним см. в инструкции по применению Ультразвуковые контактные жидкости.
3. Методы контроля
Выбирая методику проведения контроля при высоких температурах, следует учитывать следующие факторы: Рабочий цикл: Все стандартные высокотемпературные преобразователи имеют свой рабочий цикл. Несмотря на то, что линия задержки изолирует внутреннюю часть преобразователя, длительный контакт с горячей поверхностью может привести к значительному теплообразованию и, как следствие, повреждению ПЭП, если его внутренняя температура поднимется достаточно высоко. Для большинства раздельно-совмещенных преобразователей и преобразователей с линией задержки, при измерениях на поверхности температурой 90° C – 425° C, контакт ПЭП с горячей поверхностью должен быть не более 10 секунд (рекоменд. 5 сек) с последующим охлаждением не менее 1 минуты. Данные методические рекомендации приведены в качестве справки. Отношение между временем контакта и временем охлаждения становится еще более критичным на верхней границе установленного температурного диапазона отдельного преобразователя. Как правило, если корпус преобразователя нагрелся настолько, что сложно удерживать его в руках, значит внутренняя температура ПЭП достигла опасного предела; преобразователь следует охладить перед дальнейшим использованием. Некоторые пользователи применяют водяное охлаждения для ускорения процесса, однако до настоящего времени компанией Olympus не было опубликовано ни одного руководства по охлаждению водой, поэтому целесообразность данного действия пользователь определяет сам. Дефектоскопы серии Epoch и все толщиномеры производства Olympus оснащены функцией стоп-кадра («заморозки» изображения), используемой для фиксации на экране отображенного А-скана и цифровых значений. Функция стоп-кадра очень удобна при измерениях в условиях высоких температур, позволяя оператору быстро получать значение и тут же убирать прибор с горячей поверхности. В толщиномерах следует использовать режим быстрого обновления данных экрана для минимизации времени контакта.
Использование контактных жидкостей: Требования к рабочему циклу преобразователей и тенденция контактных жидкостей затвердевать или испаряться на верхних пределах диапазона температур требуют быстрой реакции со стороны оператора. Многие пользователи считают, что для получения оптимальных результатов следует нанести каплю контактной жидкости на наконечник ПЭП и плотно прижать преобразователь к поверхности объекта контроля. Сухой остаток контактной жидкости следует удалять с преобразователя перед проведением следующего измерения.
Увеличение коэффициента усиления: Толщиномеры 38DL PLUS и 45MG, как и дефектоскопы серии Epoch, имеют функцию настройки усиления. По причине высокой степени затухания во время измерений при высоких температурах, рекомендуется увеличить усиление перед началом контроля.
Колебания скорости звука: Скорость ультразвука меняется вместе с температурой: чем выше температура, тем ниже скорость распространения ультразвука в материале. Для точного измерения толщины горячих материалов всегда требуется повторная калибровка скорости звука. В стали, скорость звука изменяется примерно на 1% при изменении температуры на 55° C. (Точное значение зависит от сплава.) В пластмассе и других полимерах, это значение еще больше, и может достичь 50% при изменении температуры на 55° C до температуры плавления. Если график зависимости температура/скорость звука для конкретного материала не доступен, необходимо выполнить калибровку скорости звука в образце при реальной температуре контроля. Функция температурной компенсации в толщиномере 38DL PLUS может использоваться для автоматической настройки скорости звука при высоких (повышенных) температурах на базе запрограммированной константы температура/скорость звука.
Повторная калибровка нуля: При измерении толщины с использованием раздельно-совмещенных ПЭП, помните, что значение смещения нуля преобразователя изменяется с повышением температуры по причине изменения времени прохождения вдоль линии задержки. Таким образом, периодическое обнуление необходимо для обеспечения точности измерений. С коррозионными толщиномерами Olympus это можно быстро и легко осуществить с помощью функции автообнуления; просто нажмите клавиши 2nd Function > DO ZERO.
Повышенное затухание: Затухание звука во всех материалах увеличивается вместе с температурой; больше всего это выражено в пластмассах, чем в металлах или керамике. В сплавах углеродистой стали мелкозернистой структуры, затухание при 5 МГц, при комнатной температуре, составляет 2 дБ каждые 100 мм пути УЗ в одну сторону (или пути УЗ туда-обратно, 50 мм в каждом направлении). При 500° C, затухание увеличивается до прибл. 15 дБ на 100 мм пути ультразвука. В данном случае, может потребоваться достаточно большое усиление во время выполнения контроля на длинных УЗ-путях при высокой температуре. Также, может потребоваться настройка кривых DAC (расстояния/амплитуды) или ВРЧ (временная регулировка чувствительности), построенных при комнатной температуре. Эффекты температура/затухание в полимерах существенно зависят от материала, но обычно они в несколько раз превышают указанные значения для стали. В частности, длинные высокотемпературные линии задержки при повышенных температурах могут представлять важный источник общего затухания при выполнении контроля.
Изменения угла в призмах: Скорость звука в материале высокотемпературной призмы уменьшается по мере ее нагревания; следовательно, угол ввода луча в металлах увеличивается по мере нагревания призмы. Если данная характеристика может повлиять на выполнение контроля, угол ввода луча должен быть проверен при фактической рабочей температуре. На практике, изменения температуры во время контроля часто усложняют точное определение угла ввода луча. |
