Ультразвуковая толщинометрия при отрицательных температурах до -90°С

20 декабря 2021

Испытания проводились на образце из стали 09Г2С толщиной 9,5 мм с ограниченным доступом.

Методы контроля толщины основного материала возможно разделить на прямые и косвенные:

- прямой метод измерения с использованием измерительных приборов,таких как микрометры, штангенциркули, линейки и пр.

- косвенный метод – радиографический, электромагнитно акустический (ЭМА), ультразвуковой. Косвенный метод используется в том случае, когда не представляется возможным провести измерения толщины механическими измерительными инструментами.

Объект контроля, его особенности и сложности контроля

Объектом контроля является образец из стали 09Г2С толщиной 9,5 мм. Сложность контроля заключается в том, что:

Доступ к объектам односторонний, поэтому использование прямых, а также косвенного - радиографического методов контроля толщины невозможно. При одностороннем доступе возможно использовать ультразвуковой или ЭМА методы.
Температура окружающей среды достигает до –30 °С, такая температура окружающей среды является предельной для большого количества оборудования и при низких температурах эксплуатации, ресурс аккумулятора снижается, он быстрее разряжается.
Также проблемой для проведения контроля является низкая температура самих контролируемых объектов, она варьируется от –30 до –90 °С.
При выборе ультразвуковой толщинометрии возникает проблема с подбором контактной жидкости, а также
пьезопластина преобразователя может замерзать при таких температурах.

до – 90 °С
Температура ОК

Логика выбора метода контроля, нормативная документация

Чтобы измерить толщину с односторонним доступом к объекту контроля возможно использовать ультразвуковой или электромагнитно-акустический толщиномер. Для контроля толщины образца из стали 09Г2С будем использовать стандарт ГОСТ Р ИСО 16809-2015 Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Измерение толщины.

Подбор оборудования и расходных материалов

Ультразвуковые толщиномеры или дефектоскопы со специализированным высокотемпературным кабелем,
который может работать в широком диапазоне температур до –60 °С;
Электромагнитно-акустические толщиномеры, например А1270, УТ-04Н ЭМА.

Для ЭМА метода ограничений в температуре объекта контроля нет, возможно проводить измерения
через воздушный зазор с использованием преобразователя и каретки или с использованием термостойкого протектора.
Для ЭМА толщиномеров испытания проводились до –40°С, когда весь преобразователь остыл до данной температуры и измерения толщины проводились при продолжительном времени. Для температур объектов контроля –90 °С требуется проведение дополнительных испытаний с ЭМА-преобразователями.

Интересным было провести испытания для ультразвуковых толщиномеров. При проведении испытаний по толщинометрии при отрицательных температурах решили использовать ультразвуковой толщиномер А1209 и раздельно-совмещенный преобразователь D1771 на 4 МГц, в качестве контактной жидкости использовали АКС-гель.

АКС-гель не предназначен для работы с объектами контроля, имеющими температуру –90°С — это будет приводить к замерзанию контактной жидкости, температурный диапазон эксплуатации для АКС-гель до –30°С.

Ультразвуковой толщиномер А1209

Ход контроля

Испытания проводились на образце из стали 09Г2С толщиной 9,5 мм.

Для начала измерили образец штангенциркулем при комнатной температуре, для корректной отстройки и уменьшения отклонений по толщине лучше проводить измерения при таких же условиях, в каких находится сам объект контроля.
Определили скорость ультразвука в образце с известной толщиной.
Охладили стальной образец в азоте до температуры порядка –90 °С. Нанесли контактную жидкость на преобразователь. В случае, если контактную жидкость нанести на сам объект контроля, она сразу замерзает.
Производим измерение толщины охлажденного образца. Толщиномер немного занижает значения толщины (толщина составила 9,3 мм) — это связано с тем, что при изменении температуры объекта контроля, изменяется скорость распространения ультразвука в нем. При такой температуре длительные измерения провести нет возможности АКС-гель замерзает в течение порядка двух секунд и приходится заново наносить его. Как вариант, для таких отрицательных температур в качестве контактной жидкости возможно использовать спирт (Т_замерз спирта ≈ –114 °С).

Полученные результаты

Провели измерения, заморозили образец в азоте из стали 09Г2С, толщиной 9,5 мм до температуры –90 градусов по Цельсию. Толщиномер А1209 показывал значения толщины порядка 9,3 мм на охлажденном образце до –90°С в течение двух секунд. По истечении этого времени контактная жидкость замерзает.

Выводы

Контроль толщины стали возможно провести при – 90°С. Важным является, что контактную жидкость необходимо наносить на сам преобразователь D1771 и потом прислонять к объекту контроля. Если контактную жидкость наносить сразу на объект контроля, то она просто замерзнет и никаких результатов не будет;
При столь низких температурах стоит делать поправки на температуру, так как калибровка прибора происходила при комнатных температурах, а замеры при очень низких и стоит учитывать, что прибор будет немного занижать результаты измерения толщины. Для того, чтобы уменьшить неточности в измерениях стоит проводить калибровку при тех же отрицательных температурах окружающего воздуха, таким образом получим меньшие отклонения в измерениях.