超聲波測厚儀工作原理及影響因素分析

超聲波測厚儀分為共振式、脈沖反射式和蘭姆波式，一般常用的是脈沖反射式。
脈沖反射式測厚儀是利用探頭晶片發(fā)出的超聲波脈沖在工件中傳播時遇到異種介質(zhì)界面就會產(chǎn)生反射這一原理進行的。
超聲波管壁厚度測厚儀其工作原理是發(fā)射電路發(fā)出脈沖很窄的周期性電脈沖，通過電纜加到探頭上，激勵探頭中壓電晶片產(chǎn)生超聲波。
超聲測厚儀該超聲波在工件上下底面產(chǎn)生多次反射，反射波被探頭接收，轉變?yōu)殡娦盘柦?jīng)放大器放大后輸入計算電路，由計算電路測出超聲波在工件上下底面往返一次傳播的時間，最后再換算成工件厚度顯示出來。

計算公式為：
( c- 工件中的波速;t-超聲波在工件中往返一次傳播時間)
超聲波壁厚測厚儀測量中，經(jīng)常采用機械或化學方法清除被測物表面的氧化皮，并在探頭與工件之間加入有利于超聲傳播的耦合劑(常用耦合劑有甘油、機油、水玻璃)。
根據(jù)超聲波測厚的原理可以推斷出影響測厚精度的因素至少應包括被測物體內(nèi)外部的質(zhì)量狀態(tài)、儀器性能、耦合劑性質(zhì)以及操作過程中的人為因素等幾個方面。
1.1 被測物體表面質(zhì)量對測厚精度的影響
用超聲波測厚儀在常溫下對表面潔凈的碳鋼板和18-8不銹鋼管進行測厚，再對同一材質(zhì)表面有氧化層和污垢層的試板進行測定，由于外部質(zhì)量狀態(tài)改變前后所測數(shù)據(jù)對比對測量結果進行對比分析可以獲得以下結論：
a.探頭接觸處背面的氧化層和油垢層對壁厚實測值無明顯影響;
b.探頭接觸處表面的氧化層和油垢層對壁厚實測值有增加讀數(shù)的影響。
1.2 被測物體內(nèi)部質(zhì)量對測厚精度的影響
超聲波測厚儀曾對公稱尺寸為φ68mm×l5mm的2N壓縮機水冷管U型彎頭圓弧部位進行過測量，多次實測的壁厚均為5.6mm，并認為是流體沖刷減薄，但拆下后，用尺測壁厚達12.4mm，后改用國產(chǎn)和進口測厚儀測量仍然是5.6mm。
再后來改用超聲波探傷儀進行測厚，發(fā)現(xiàn)在壁厚為4.8～7.2mm處有缺陷反射，底波降低了一半，由此可判斷測厚儀所測出的數(shù)值為缺陷所在深度，并不是真實的厚度。
超聲波測厚儀通過大量試驗，還證實了其他物體內(nèi)部質(zhì)量缺陷同樣對測厚結果有直接影響。
其內(nèi)容包括：材料晶粒各向異性、材料的合金成分、材料的金相組織分布及材料中的夾雜物等。
由此可得出以下結論：被測物體的內(nèi)部質(zhì)量缺陷對超聲測厚結果有直接影響。
1.3 儀器性能對測厚結果的影響
試驗表明，一般測厚儀測量帶涂層物體的厚度值時，測出厚度與被測點的實際厚度值差別較大。
使用數(shù)字式超聲波探傷儀并采用回波一回波法測量同樣物體得出的厚度值與實際壁厚基本一致。
也就是說，對于表面難于凈化的物體厚度測量，用數(shù)字式超聲波探傷儀的測厚結果比用普通超聲測厚儀所得測厚結果更精確。
1.4耦合劑對測厚結果的影響
實踐發(fā)現(xiàn)，測厚過程中所用耦合劑的耦合效果對測厚結果影響很大，尤其是高溫測厚。不同耦合效果的測厚誤差高達20%，且多數(shù)測厚數(shù)據(jù)大于實際值，這對判斷設備的安全性具有明顯的不安全因素。
所以，在不同測厚條件下，恰當?shù)剡x用耦合劑和耦合操作技巧非常重要。
1.5 操作因素對測厚結果的影響
在高溫測厚試驗中，相同條件下測量的10mm碳鋼板，不同操作者測出的厚度誤差高達2mm。
對同一管道同一部位進行測厚時，探頭所放的位置不同，能造成厚度誤差達1mm。
保證測厚精度的若干措施
2.1 測厚儀器及其配套件的選擇
a.對于表面容易凈化的物體測厚，選用數(shù)字式超聲波測厚儀，精度范圍應達到 H± 0.1mm(H-壁厚mm);對于表面不易凈化的物體測厚，宜選用數(shù)字式超聲波探傷儀。
b.采用直探頭直接接觸法，高溫下(大于100℃)的測量應采用適當?shù)母邷靥筋^。
c.對圓管進行測厚時，應盡可能的選取直徑較小的探頭。
2.2耦合劑的選擇
應根據(jù)使用情況選擇合適的種類，當使用在光滑材料表面時，可以使用低粘度的耦合劑;
當使用在粗糙表面、垂直表面及頂表面時，應使用粘度高的耦合劑。高溫工件應選用高溫耦合劑。
其次，耦合劑應適量使用，涂抹均勻，一般應將耦合劑涂在被測材料的表面，但當測量溫度較高時，耦合劑應涂在探頭上。
2.3管道測厚固定架的應用
測厚時，要求工件表面光潔平整，達不到要求時，要進行打磨處理。
測量時，探頭放置要平穩(wěn)，壓力適當。對管徑較小的管道，測厚時，應保證探頭平面與管壁垂直，減小誤差，并在每個測試位置上互相垂直的方向各測一次，需要時可以使用特制的管道測厚固定架。
對于管道中有沉積物，當沉積物聲阻抗與工件相差不大時，要先用小錘敲擊幾下管壁再測，防止誤判。
2.4異常測厚數(shù)據(jù)的處理
在測厚實踐中，偶爾出現(xiàn)某組數(shù)據(jù)偏離正常值是可能的。
在這種情況，應首先排除探頭與被測表面接觸不良所造成的測厚偏差，然后進行較大面積的重復核測。
若核測數(shù)據(jù)仍然偏離正常值，最好采用超聲波探傷儀或其它無損探傷手段檢測物件內(nèi)部是否有1.2節(jié)所述的缺陷存在。

發(fā)現(xiàn)物件內(nèi)部確有缺陷的按相應的檢驗規(guī)程進一步處理。

精工儀器DM5E穿越涂層超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。MX-3掃描超聲波測厚儀使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測量。

       精工儀器PX-7DL超聲波測厚儀的應用

      38DL帶存儲超聲波測厚儀按超聲波脈沖反射原理設計的測厚儀可對各種板材和各種加工零件作精確測量，也可以對生產(chǎn)設備中各種管道和壓力容器進行監(jiān)測，監(jiān)測它們在使用過程中受腐蝕后的減薄程度。可廣泛應用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個領域。

       精工儀器PVX超聲波測厚儀帶AB波形掃描示值影響的因素

       （1）CL5高精密超聲波測厚儀對工件表面粗糙度過大，造成探頭與接觸面耦合效果差，反射回波低，甚至無法接收到回波信號。對于表面銹蝕，耦合效果極差的在役設備、管道等可通過砂、磨、挫等方法對表面進行處理，降低粗糙度，PX-7DL高精密超聲波測厚儀同時也可以將氧化物及油漆層去掉，露出金屬光澤，A/B掃描高精密超聲波測厚儀PVX使探頭與被檢物通過耦合劑能達到很好的耦合效果。

       （2）PX-7高精度超聲波測厚儀測量工件曲率半徑太小，尤其是小徑管測厚時，因常用探頭表面為平面，與曲面接觸為點接觸或線接觸，聲強透射率低（耦合不好）?？蛇x用小管徑專用探頭（6mm ),能較精確的測量管道等曲面材料。

      （3）MX-5DL穿透油漆層超聲波測厚儀針對檢測面與底面不平行，聲波遇到底面產(chǎn)生散射，MX-5鋼管超聲波測厚儀 探頭無法接受到底波信號。 

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