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    超声波测厚仪原理及影响精度的因素

    东莞市德光电子公司2009年5月23日 7:49 点击:1329

    超声波测厚仪原理及影响精度的因素
     
        超声波测厚仪仪基本原理:
    超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的,当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时,脉冲被反射回探头,通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。?#26448;?#20351;超声波以一恒定速度在其内?#30475;?#25773;的各种材料均可采用此原理测量。按此原理设计的测厚仪可对各种板材和各种加工零件作精确测量,?#37096;?#20197;对生产设备中各种管道和压力容器进行监测,监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。
       使用技巧:(以我公司销售的超声波测厚仪为例)
      1、一般测量方法:
    (1)在一点处用探头进行两次测厚,在两次测量中探头的分割面要互为90°,取较小值为被测工件厚度值。
    (2)30mm 多点测量法:当测量值不稳定时,以一个测定点为?#34892;模?#22312;?#26412;对?#20026;30mm 的?#26448;?#36827;行多次测量,取最小值为被测工件厚度值。
    2、精确测量法:在规定的测量点周围增加测量数目,厚度变化用等厚线表示。
    3、连续测量法:用单点测量法沿指定路线连续测量,间隔不大于5mm。
    4、网格测量法:在指定区域划上网格,按点测厚记录。此方法在高压设备、不锈钢衬里腐蚀监测中广泛使用。
    5、影响超声波测厚仪示值的因素:
    (1)工件表面粗糙度过大,造成探头与接触面耦合效果差,反射回波低,甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀,耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫?#30830;?#27861;?#21592;?#38754;进行处理,降低粗糙度,同时?#37096;?#20197;将氧化物及油漆层去掉,露出金属光泽,使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。
    (2)工件曲率半径太小,尤其是小径管测厚时,因常用探头表面为平面,与曲面接触为点接触或线接触,声强透射?#23454;停?#32806;合不好)。可选用小管径专用探头(6mm ),能较精确的测量管道等曲面材料。
    (3)超声波测厚仪检测面与底面不平行,声波遇到底面产生散射,探头无法接受到底波信号。
    (4)铸件、?#29575;?#20307;钢因组织不均匀或晶粒粗大,超声波在其中穿过时产生?#29616;?#30340;散射衰减,被散射的超声波沿着复杂的路径传播,有可能使回波湮没,造成不显示。可选用?#24503;式?#20302;的粗晶专用探头(2.5MHz)。
    (5)探头接触面有?#27426;?#30952;损。常用测厚探头表面为丙烯树脂,长期使用会使其表面粗糙度增加,导致灵敏度下降,从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨,使其平滑并保证平行度。如仍不稳定,则考虑更换探头。
    (6)被测物背面有大量腐蚀坑。由于被测物另一面?#34892;?#26001;、腐蚀凹坑,造成声波衰减,导?#38706;?#25968;无规则变化,在极端情况下甚至无读数。
    (7)被测物体(如管道)内有沉积物,当沉积物与工件声阻抗相差不大时,超声波测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。
    (8)当材料内?#30475;?#22312;缺陷(如夹杂、夹层等)时,显示值约为公称厚度的70%,此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。
    (9)温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低,有试验数据表明,热态材料每增加100°C,声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。应选用高温专用探头(300-600°C),切勿使用普通探头。
    (10)层叠材料、复合(非均质)材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的,因超声波测厚仪无法穿透未经耦合的空间,而?#20063;?#33021;在复合(非均质)材料中?#20154;?#20256;播。对于由多层材料包扎制成的设备(像尿素高压设备),测厚时要特别注意,测厚仪的示?#21040;?#34920;示与探头接触的那层材料厚度。
    (12)耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气,使超声波能?#34892;?#22320;穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当,将造成误差或耦合标志闪烁,无法测量。因根据使用情况选择合适的种类,当使用在光滑材料表面时,可以使用低粘度的耦合剂;当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时,应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。其次,耦合剂应适量使用,涂抹均匀,一般应将耦合剂涂在被测材料的表面,但当测量温度较高时,耦合剂应涂在探头上。
    (13)超声波测厚仪声速选择错误。测量工件前,根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后(常用试块为钢)又去测量另一种材料时,将产生错误的结果。要求在测量前?#27426;?#35201;正确识别材料,选择合适声速。
    (14)应力的影响。在役设备、管?#26469;?#37096;分有应力存在,固体材料的应力状况对声速有?#27426;?#30340;影响,当应力方向与传播方向一致时,若应力为压应力,则应力作用使工件弹性增加,声速加快;反之,若应力为拉应力,则声速减慢。当应力与波的传播方向不一至时,波动过程中质点振动轨迹受应力干扰,波的传播方向产生偏离。根据资料表明,一般应力增加,声速缓慢增加。
    (15)金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。超声波测厚仪金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层,虽与基体材料结合紧密,无名显界面,但声速在两种物质中的传播速度是不同的,从而造成误差,且随覆盖物厚度不同,误差大小也不同。
                                                               东莞市德光电子有限公司
    (来源: 东莞市德光电子公司


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