专利名称：锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于超声波探伤检测技术领域，涉及一种锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置。
背景技术：
锅炉受热面管由外壁氧化及腐蚀产物层、金属厚度层和内壁氧化物层三层构成。常规超声波测厚装置检测管壁的厚度时，无法分别测量出氧化层厚度和金属管壁厚度，其测得的厚度值是金属层厚度与氧化层厚度之和。采用常规超声波测量仪器(如A型超声波探伤仪)对锅炉受热面管壁进行测厚时，在管壁金属与内壁氧化层接合紧密情况下，超声波探头发出的超声声束垂直入射到金属/内壁氧化层界面时，由于界面两侧介质声阻抗相差较小，在界面上有96%声波透射，只有4%的声波反射。内壁氧化层/空气界面的回波远高于金属/氧化物界面的回波。金属/内壁氧化层界面回波低，普通测厚仪不能接收电路信号，测厚仪只能检测到氧化层与空气界面反射信号。因此，超声测厚仪或普通A型超声波探伤仪显示的厚度值是金属层与氧化腐蚀层的厚度之和，而非管壁剩余的金属厚度。常规测厚仪的频带宽度低，脉冲峰较宽，设备只对低频窄频带信号进行非失真激发和接收放大，分辨力低，不能满足氧化层厚度测量要求。对设备强度起作用的是金属层厚度，上述测量值会造成强度核算及寿命计算的严重误差，影响锅炉设备的正常运行。
发明内容本实用新型的目的是提供一种锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置，以清晰分辨氧化层/基体界面的反射信号，精确测量锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度，为生产运行和设备维护提供准确的数据。本实用新型一种锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量的装置，由高频超声波脉冲发生/接收单元、宽频带示波器和高频横波直探头组成。高频超声波脉冲发生/接收单元分别与宽频带示波器和高频横波直探头电路连接。高频超声波脉冲发生/接收单元的频带宽度为200MHZ。宽频带示波器的频带宽度为200MHZ，采样速率为1GS/S，时间测量精度±2ns。高频横波直探头的中心频率为20MHz，半高峰频谱宽度为12.6 31.1MHz0高频横波直探头设有小晶片和透声楔。高频横波直探头用于检测工件时激励和接收在工件中传播超声波。宽频带高信噪t匕、高增益的高频超声波脉冲发生/接收单元负责激励高频横波直探头，使之产生高频、窄脉冲横波超声波信号，同时接收探头的反馈信号。高采样率的宽频带示波器负责显示超声波信号，分辨出氧化层/金属基体界面的反射信号，并能提取不同反射波之间的时间间隔。本实用新型锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置通过采用高频超声波脉冲发生/接收单元，保证了高频信号采集的非失真、高信噪比、高增益和对微弱的氧化层/基体界面反射信号的接收。选用宽频带示波器，采样速率高，保证了高频波形的非失真显示，时间测量精度达±2ns。采用高频横波直探头提高了信号的分辨率。高频横波直探头配有小晶片及透声楔，解决管子曲率大、几何散射大及避开超声波近场区干扰问题。本实用新型能清晰地分辨氧化层/基体界面反射信号，精确测量锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度，实现锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的同步检测、检测精确度高，操作简单方便，为生产运行和设备维护提供准确的数据。
图1为本实用新型锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度测量装置的示意图；图2为超声波于管壁中传播声程示意图；图3为示波器显示的超声回波信号及其时间间隔示意图。其中I一闻频超声波脉冲发生/接收单兀、2—宽频带不波器、3 —闻频横波直探头、4一受:热面管、11 一透声模、12—探头晶片、13一金属层、14一氧化层、bll—内壁氧化层/金属基体界面一次反射波信号、bl2—内壁氧化层/金属基体界面二次反射波信号、Bll—Bll为内壁氧化层/空气界面一次反射波信号、B12—B12为内壁氧化层/空气界面二次反射波信号、Tl一探头/受热面管外壁界面层反射波信号。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。本实用新型锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量的装置，如图1所示，由高频超声波脉冲发生/接收单元1、宽频带示波器2和高频横波直探头3组成，高频超声波脉冲发生/接收单元分别与宽频带示波器和高频横波直探头电路连接。高频超声波脉冲发生/接收单元I的频带宽度为200MHZ。宽频带示波器2的频带宽度为200MHZ，采样速率为1GS/S，时间测量精度为±2ns。高频横波直探头3设有小晶片和透声楔，高频横波直探头的中心频率为20MHz，半高峰频谱宽度为12.6 31.1MHz0本实用新型锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度测量装置的检测过程如图1所示，打磨被测的受热面管4表面，涂上耦合剂，将超声波探头耦合置于受热面管上，采用高频超声波脉冲发生/接受单元激励高频横波直探头3，使之在工件中产生超声波，并同时接收来自探头的反射信号。宽频带示波器2显示高频超声波脉冲发生/接受单元发射与接收到的超声波信号。超声波在管壁中按图2所示的路径进行传播。调整示波器系统的时基比例与增益，显示图2中所示的各超声波信号，获得信号如图3所示。管壁金属层厚度S1和管内壁氧化层层的厚度S2由以下算式(I)和算式(2 )计算得到。S1 = Ct \ J2(I)其中:S1:管壁金属层厚度；Ct:超声波于钢基体中的传播速度；tl:内壁氧化层/空气界面一次反射波与内壁氧化层/金属界面的二次反射波等相位点的时间间隔。 S2 = Ct' t2/2(2)其中:[0023]S2:管内壁氧化层层的厚度；Ct':超声波于氧化层中的传播速度；t2: 一内壁氧化层/空气界面一次反射波与氧化层/金属界面的一次反射波等相位点的时间间隔。
权利要求1.一种锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置，其特征是:所述装置由高频超声波脉冲发生/接收单元(I)、宽频带示波器(2)和高频横波直探头(3)组成，所述高频超声波脉冲发生/接收单元分别与宽频带示波器和高频横波直探头电路连接。
2.根据权利要求1所述的锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置，其特征是:所述高频超声波脉冲发生/接收单元(I)的频带宽度为200MHZ ;所述宽频带示波器(2)的频带宽度为200MHZ，采样速率为1GS/S，时间测量精度为±2ns ;所述高频横波直探头(3)的中心频率为20MHz，半高峰频谱宽度为12.6 31.1MHz0
3.根据权利要求1或2所述的锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置，其特征是:所述高频横波直探头(3)设有小晶片和透声楔。
专利摘要本实用新型涉及一种锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度的测量装置，由高频超声波脉冲发生/接收单元、宽频带示波器和高频横波直探头组成。高频超声波脉冲发生/接收单元分别与宽频带示波器和高频横波直探头电路连接。高频横波直探头检测工件时激励和接收工件中传播的超声波。高频超声波脉冲发生/接收单元负责激励探头，产生高频、窄脉冲横波超声波信号，同时接收探头的反馈信号。宽频带示波器显示超声波信号，分辨出氧化层/金属基体界面的反射信号，提取不同反射波之间的时间间隔。本实用新型清晰地分辨氧化层/金属基体界面反射信号，精确测量锅炉受热面管管壁金属层和氧化层厚度，检测精确度高，操作简单方便，为生产运行和设备维护提供准确的数据。
文档编号G01B17/02GK202947698SQ20122061202
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者郝晓军, 牛晓光, 赵纪峰, 代小号 申请人:河北省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司, 河北省电力建设调整试验所