高温超声检测

背景：虽然大多数超声缺陷检测和厚度测量操作在正常的环境温度下进行，但是在很多情况下，也需要对温度很高的材料进行检测。这类高温检测最常出现在处理工业中，如：工作人员必须要对生产线上正被处理的高温金属管道或箱罐进行检测，而不能将生产线关闭等待管道或箱罐冷却后再检测。不过，在涉及高温材料的制造环境中也会需要这类检测，如：以挤压成形方式制造了塑料管道或以热成形方式制造了塑料制品之后需要马上对这些产品进行检测，或者在金属锭或金属铸件尚未完全冷却时对这些样件进行检测。常规超声探头可以检测温度最高约为50°C的样件。在高于这个温度的情况下，探头最终会遭受永久性的损坏，因为热膨胀会引起探头内部的组件脱胶。如果被测材料的温度高于约50°C，则需要使用高温探头和特殊的检测技术完成检测。

这则应用注释简单介绍了有关选择高温探头和耦合剂的参考信息，以及在使用高温探头和耦合剂时需要注意的一些重要事项。应用注释中所讲述的常规超声检测针对的是最高温度约为500°C的材料。在涉及更高温度材料的研究应用中，则需要使用高度专业化的波导技术。这类应用不在本则应用注释的介绍范围内。

1. 探头
奥林巴斯的高温探头分为两类：双晶探头和延迟块探头。在这两种探头中，延迟块材料（在双晶探头中为内置材料）都起到了防止高温检测表面损伤激活探头晶片的隔热作用。出于设计原因，在标准探头产品系列中，没有高温接触探头或高温水浸探头。高温双晶探头和高温延迟块探头可以用于厚度测量和缺陷探测两种应用中。与所有超声检测一样，为某个特定高温应用选择的最佳探头取决于检测应用的具体要求，在厚度测量应用中要考虑材料、厚度范围、温度等因素，在缺陷探测应用中要考虑相关缺陷的类型和尺寸等因素。

(a) 厚度测量
高温厚度测量的最常见应用是腐蚀检测，即使用腐蚀测厚仪，如：38DL PLUS型号和45MG型号测厚仪，对高温管道和箱罐的剩余金属壁厚进行测量。大多数可与奥林巴斯腐蚀测厚仪配合使用的探头都适用于高温应用。常用的D790系列探头可用于被测表面温度高达500°C的检测。要查阅提供温度规格的腐蚀测厚双晶探头的完整列表，请点击以下链接：腐蚀测厚双晶探头。

对于使用38DL PLUS型号或带有单晶软件的45MG型号测厚仪完成的精确测厚应用，如：对热塑料的检测，我们可以为M200系列中的任何标准Microscan延迟块探头（包含默认的测厚探头：M202、M206、M207和M208），配备高温延迟块。DLHT-1、DLHT-2和DLHT-3延迟块可用于检测温度高达260°C的表面。DLHT-101、DLHT-201和DLHT-301延迟块可用于检测温度高达175°C的表面。这些延迟块列于延迟块选项图表中。

在要求使用低频探头获得高穿透性能的具有挑战性的应用中，还可以将Videoscan可更换接触面的探头以及适当的高温延迟块与38DL PLUS型号和带有高穿透（HP）软件选项的45MG型号测厚仪一起使用。需要用户对探头进行自定义设置。用于这个探头系列的标准延迟块可以接触温度高达480°C的被测表面。要查阅完整的探头和延迟块列表，请点击以下链接：可更换接触面的探头。

(b) 缺陷检测
正如高温厚度测量应用一样，高温缺陷检测应用最常使用的探头也是双晶探头或延迟块探头。所有标准的奥林巴斯双晶探头都具有高温性能。频率为5 MHz或更低的指尖型、齐头外壳型和扩展范围型双晶探头可用于检测温度高达约425°C的样件，更高频率的双晶探头（7.5 MHz和10 MHz）可用于检测温度高达约175°C的样件。要查阅这个类别探头的完整列表，请点击以下链接：用于缺陷探测的双晶探头。

在缺陷检测应用中，所有Videoscan可更换接触面的探头都可与适当的高温延迟块一起使用。用于这个探头系列的延迟块可以接触温度高达480°C的被测表面。要查阅适用于各种最高温度的探头和延迟块的完整列表，请点击以下链接：可更换接触面的探头。

使用V200系列中的延迟块探头（最常用的是V202、V206、V207和V208）通常可以最有效地完成涉及薄材料的检测应用，这些探头都配备有高温延迟块。DLHT-1、DLHT-2和DLHT-3延迟块可用于检测温度高达260°C的表面。DLHT-101、DLHT-201和DLHT-301延迟块可用于检测温度高达175°C的表面。这些探头和延迟块列于延迟块探头列表中。

我们还为用户提供一些与角度声束探头一起使用的特殊高温楔块：ABWHT系列用于检测温度高达260°C的样件，ABWVHT系列用于检测温度高达480°C的样件。有关楔块尺寸的详细信息可以通过销售部门查询。

2. 耦合剂
大多数常用的超声耦合剂，如：丙二醇、甘油及超声凝胶，如果用在高于100°C的热表面上，都会快速蒸发。因此，在高温下进行的超声检测要求使用特殊配方的耦合剂，这类耦合剂在高温下可以保持稳定的液态或糊状，而不会蒸发成气体，被烧焦或散发出有毒气体。在使用这些耦合剂时，一定要了解它们特定的温度范围，并在它们相应的特定温度范围内使用这些耦合剂。声学性能不佳和/或安全隐患的出现，可能源于样件的实际温度超出了所用高温耦合剂可以使用的预期温度范围。

在温度极高的情况下，即使是特定的高温耦合剂，也要快速使用，因为时间稍微长一点，耦合剂就会干掉或凝固，且不能再传播超声能量。在下一次检测之前，要将凝固在被测表面和探头上的残留耦合剂清除掉。

注意：垂直入射横波所需的耦合效果一般不会在高温情况下获得，因为商用横波耦合剂会在高温下变成液体，并丧失横波传播所需的极高粘度特性。

我们为用户提供两种高温耦合剂：

G型耦合剂 - 中温耦合剂，可用于温度高达315°C的环境中。

H型耦合剂 - 高温耦合剂，可用于温度高达510°C的开放环境中。

注意：中温和高温耦合剂都不应该在通风不畅的环境中使用，因为通风不畅会存在蒸汽自动起火的隐患，虽然这种情况不太可能发生。要了解更详细的情况，请联系奥林巴斯。

要查阅奥林巴斯所提供耦合剂的完整列表，以及每种耦合剂的更详细信息，请参阅标题为超声耦合剂的应用注释。

3. 检测技术
在为任何高温应用创建适当的检测程序时，一定要考虑以下几个因素：

占空因数：在设计所有标准的高温探头时，都要考虑到占空比因素。尽管这类探头的延迟块对探头的内部起到隔热作用，但是长时间与极热的表面接触也会使热量高度聚积，而且在探头的内部温度升到足够高时，会最终造成探头的永久性损坏。对于大多数双晶和延迟块探头来说，当测量温度在约90°C到425°C的表面时，我们建议它们所使用的占空比为接触热表面的时间不超过10秒钟（最好为5秒钟），然后最少在空气中冷却1分钟时间。注意这只是一般性的指导原则，如果被测样件的表面温度达到了某种探头的特定温度范围的上限时，接触时间与冷却时间的比率就变得更为重要。一般来说，如果探头的外壳变得特别热，以至于操作人员不带手套时不能用手舒服地握住探头时，就说明探头的内部温度已经达到了可以损坏探头的温度，此时必须使探头冷却，才可以继续进行检测。某些用户会使用凉水冷却的方式加速探头的冷却过程，但是奥林巴斯没有发布过任何有关凉水冷却的官方指导原则，因此这种方法是否适用必须由用户自己决定。

奥林巴斯的Epoch系列探伤仪及其所有测厚仪都有冻结功能，这个功能可用于冻结屏幕上显示的波形和读数。冻结功能在进行高温检测时非常有用，因为它可使操作人员在采集了读数后，快速将探头从高温表面上移走。使用测厚仪时，应该使用快速屏幕更新模式，以尽量减少探头与热表面的接触时间。

耦合技术：由于探头占空比的要求以及耦合剂在其可用温度范围的上限时容易固化或汽化的特点，操作人员在进行这类检测时一定要快速操作。很多用户发现最好的耦合技术是在探头的接触面上滴上耦合剂，然后将探头牢固地按压在被测表面上，不要扭动或碾磨探头（否则会使探头受到磨损）。在每次检测之前，一定要将凝固在探头上的残留耦合剂清除掉。

增益提升：38DL PLUS型号和45MG型号测厚仪都提供了可由用户调节的增益提升功能，这点与所有Epoch系列探伤仪一样。因为高温测量过程中会出现大幅度的声能衰减现象，因此在测量之前提高增益值通常都非常有用。

声速变化：所有材料的声速都会随着温度的变化而改变，会随着材料温度的升高而减慢。对高温材料进行准确的厚度测量往往需要对声速进行重新校准。钢中的声速，在温度每变化55°C时，会有大约1%的变化。（精确的变化值取决于合金的成份。）塑料和其它聚合物中声速的变化会大得多，在温度每变化55°C，或达到熔点的情况下，声速的变化可能会接近50%。如果用户没有一份材料的温度/声速变化图表，则要在实际检测的温度下，对由被测材料制成的样件进行一次声速校准。 38DL PLUS测厚仪中的温度补偿软件功能可用于基于一个编入程序的温度/声速常量，为已知升高的温度自动调整声速。

零位重新校准：当使用双晶探头进行厚度测量时，切记特定探头的零位偏移值会随着温度的升高而变化，因为声波在延迟块中的传播时间会发生变化。因此，为保证测量结果的准确性，需要时常对探头的零位值进行重新校准。在使用奥林巴斯的腐蚀测厚仪时，操作人员可以通过测厚仪的自动零位功能快速方便地完成零位重新校准操作：只需按下第二功能 > 零位补偿键即可。

增加的声衰减：所有材料的声衰减都会随着温度的升高而增加，而且在塑料中的衰减程度要比在金属或陶瓷中明显得多。对于典型的细晶碳钢合金来说，在室内温度下，探头频率为5 MHz时，每100毫米单向声程（相当于每个方向各50毫米的一个往返声程）的声衰减约为2 dB。在500°C的温度下，每100毫米声程的声衰减会增加到约15 dB。在高温下通过长声程进行检测时，这种对声衰减的影响会要求用户使用极高的仪器增益，还可能需要对在室温条件下创建的距离/波幅校正（DAC）曲线或时变增益（TVG）程序进行调整。

聚合物中的温度/衰减效果会高度依赖组成材料的不同成份，但是，一般来说其衰减程度为上述钢材料衰减值的几倍。特别是在使用较长的高温延迟块时，因为当延迟块的温度升高时，声波在延迟块中的传播可能会得到完全衰减。

楔块中的角度变化：对于任何高温楔块来说，楔块材料的声速将随着温度的升高而减少，因此随着楔块温度的升高，声波在金属中的折射角度会增大。如果在某项检测中需要考虑到这个因素，则用户必须在实际操作温度下，核查声波的折射角度。实际上，在检测中温度的变化经常会使操作人员很难精确地判断声波的实际折射角度。