超聲波測(cè)厚儀工作原理及影響因素分析
超聲波測(cè)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(cè)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(shí)遇到異種介質(zhì)界面就會(huì)產(chǎn)生反射這一原理進(jìn)行的。
超聲波管壁厚度測(cè)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(lì)探頭中壓電晶片產(chǎn)生超聲波。
超聲測(cè)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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)放大器放大后輸入計(jì)算電路，由計(jì)算電路測(cè)出超聲波在工件上下底面往返一次傳播的時(shí)間，最后再換算成工件厚度顯示出來。
計(jì)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(shí)間)
超聲波壁厚測(cè)厚儀測(cè)量中，經(jīng)常采用機(jī)械或化學(xué)方法清除被測(cè)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(jī)油、水玻璃)。
根據(jù)超聲波測(cè)厚的原理可以推斷出影響測(cè)厚精度的因素至少應(yīng)包括被測(cè)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(gè)方面。
1.1 被測(cè)物體表面質(zhì)量對(duì)測(cè)厚精度的影響
用超聲波測(cè)厚儀在常溫下對(duì)表面潔凈的碳鋼板和18-8不銹鋼管進(jìn)行測(cè)厚，再對(duì)同一材質(zhì)表面有氧化層和污垢層的試板進(jìn)行測(cè)定，由于外部質(zhì)量狀態(tài)改變前后所測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析可以獲得以下結(jié)論：
a.探頭接觸處背面的氧化層和油垢層對(duì)壁厚實(shí)測(cè)值無明顯影響;
b.探頭接觸處表面的氧化層和油垢層對(duì)壁厚實(shí)測(cè)值有增加讀數(shù)的影響。
1.2 被測(cè)物體內(nèi)部質(zhì)量對(duì)測(cè)厚精度的影響
超聲波測(cè)厚儀曾對(duì)公稱尺寸為φ68mm×l5mm的2N壓縮機(jī)水冷管U型彎頭圓弧部位進(jìn)行過測(cè)量，多次實(shí)測(cè)的壁厚均為5.6mm，并認(rèn)為是流體沖刷減薄，但拆下后，用尺測(cè)壁厚達(dá)12.4mm，后改用國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口測(cè)厚儀測(cè)量仍然是5.6mm。
再后來改用超聲波探傷儀進(jìn)行測(cè)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(cè)厚儀所測(cè)出的數(shù)值為缺陷所在深度，并不是真實(shí)的厚度。
超聲波測(cè)厚儀通過大量試驗(yàn)，還證實(shí)了其他物體內(nèi)部質(zhì)量缺陷同樣對(duì)測(cè)厚結(jié)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(jié)論：被測(cè)物體的內(nèi)部質(zhì)量缺陷對(duì)超聲測(cè)厚結(jié)果有直接影響。
1.3 儀器性能對(duì)測(cè)厚結(jié)果的影響
試驗(yàn)表明，一般測(cè)厚儀測(cè)量帶涂層物體的厚度值時(shí)，測(cè)出厚度與被測(cè)點(diǎn)的實(shí)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(cè)量同樣物體得出的厚度值與實(shí)際壁厚基本一致。
也就是說，對(duì)于表面難于凈化的物體厚度測(cè)量，用數(shù)字式超聲波探傷儀的測(cè)厚結(jié)果比用普通超聲測(cè)厚儀所得測(cè)厚結(jié)果更精確。
1.4耦合劑對(duì)測(cè)厚結(jié)果的影響
實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，測(cè)厚過程中所用耦合劑的耦合效果對(duì)測(cè)厚結(jié)果影響很大，尤其是高溫測(cè)厚。不同耦合效果的測(cè)厚誤差高達(dá)20%，且多數(shù)測(cè)厚數(shù)據(jù)大于實(shí)際值，這對(duì)判斷設(shè)備的安全性具有明顯的不安全因素。
所以，在不同測(cè)厚條件下，恰當(dāng)?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(duì)測(cè)厚結(jié)果的影響
在高溫測(cè)厚試驗(yàn)中，相同條件下測(cè)量的10mm碳鋼板，不同操作者測(cè)出的厚度誤差高達(dá)2mm。
對(duì)同一管道同一部位進(jìn)行測(cè)厚時(shí)，探頭所放的位置不同，能造成厚度誤差達(dá)1mm。
保證測(cè)厚精度的若干措施
2.1 測(cè)厚儀器及其配套件的選擇
a.對(duì)于表面容易凈化的物體測(cè)厚，選用數(shù)字式超聲波測(cè)厚儀，精度范圍應(yīng)達(dá)到 H± 0.1mm(H-壁厚mm);對(duì)于表面不易凈化的物體測(cè)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(cè)量應(yīng)采用適當(dāng)?shù)母邷靥筋^。
c.對(duì)圓管進(jìn)行測(cè)厚時(shí)，應(yīng)盡可能的選取直徑較小的探頭。
2.2耦合劑的選擇
應(yīng)根據(jù)使用情況選擇合適的種類，當(dāng)使用在光滑材料表面時(shí)，可以使用低粘度的耦合劑;
當(dāng)使用在粗糙表面、垂直表面及頂表面時(shí)，應(yīng)使用粘度高的耦合劑。高溫工件應(yīng)選用高溫耦合劑。
其次，耦合劑應(yīng)適量使用，涂抹均勻，一般應(yīng)將耦合劑涂在被測(cè)材料的表面，但當(dāng)測(cè)量溫度較高時(shí)，耦合劑應(yīng)涂在探頭上。
2.3管道測(cè)厚固定架的應(yīng)用
測(cè)厚時(shí)，要求工件表面光潔平整，達(dá)不到要求時(shí)，要進(jìn)行打磨處理。
測(cè)量時(shí)，探頭放置要平穩(wěn)，壓力適當(dāng)。對(duì)管徑較小的管道，測(cè)厚時(shí)，應(yīng)保證探頭平面與管壁垂直，減小誤差，并在每個(gè)測(cè)試位置上互相垂直的方向各測(cè)一次，需要時(shí)可以使用特制的管道測(cè)厚固定架。
對(duì)于管道中有沉積物，當(dāng)沉積物聲阻抗與工件相差不大時(shí)，要先用小錘敲擊幾下管壁再測(cè)，防止誤判。
2.4異常測(cè)厚數(shù)據(jù)的處理
在測(cè)厚實(shí)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(yīng)首先排除探頭與被測(cè)表面接觸不良所造成的測(cè)厚偏差，然后進(jìn)行較大面積的重復(fù)核測(cè)。
若核測(cè)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(cè)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(yīng)的檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)一步處理。
精工儀器DM5E穿越涂層超聲波測(cè)厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)行厚度測(cè)量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭通過精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測(cè)材料的厚度。MX-3掃描超聲波測(cè)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(cè)量。
38DL帶存儲(chǔ)超聲波測(cè)厚儀按超聲波脈沖反射原理設(shè)計(jì)的測(cè)厚儀可對(duì)各種板材和各種加工零件作精確測(cè)量，也可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)它們?cè)谑褂眠^程中受腐蝕后的減薄程度?？蓮V泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。
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