超聲波測厚儀測試原理及應(yīng)用

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(dāng)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測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。凡能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。

　按超聲波脈沖反射原理設(shè)計的測厚儀可對各種板材和各種加工零件作測量，也可以對生產(chǎn)設(shè)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(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個領(lǐng)域。

1、一般測量方法

　　（1）在一點處用探頭進行兩次測厚，在兩次測量中探頭的分割面要互為90°，取較小值為被測工件厚度值。

　　（2）30mm 多點測量法：當(dāng)測量值不穩(wěn)定時，以一個測定點為中心，在直徑約為30mm 的圓內(nèi)進行多次測量，取zui小值為被測工件厚度值。

2、測量法

　　在規(guī)定的測量點周圍增加測量數(shù)目，厚度變化用等厚線表示。

3、連續(xù)測量法

　　用單點測量法沿路線連續(xù)測量，間隔不大于5mm。

4、網(wǎng)格測量法

　　在區(qū)域劃上網(wǎng)格，按點測厚記錄。此方法在高壓設(shè)備、不銹鋼襯里腐蝕監(jiān)測中廣泛使用。

5、影響超聲波測厚儀示值的因素

　　（1）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(shè)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，同時也可以將氧化物及油漆層去掉，露出金屬光澤，使探頭與被檢物通過耦合

　　劑能達到很好的耦合效果。

　　（2）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）。可選用

　　小管徑探頭（6mm ),能較的測量管道等曲面材料。

　　（3）檢測面與底面不平行，聲波遇到底面產(chǎn)生散射，探頭無法接受到底波信號。

　　（4）鑄件、奧氏體鋼因組織不均勻或晶粒粗大，超聲波在其中穿過時產(chǎn)生嚴重的散射衰減，被散射的超聲波沿著復(fù)雜的路徑傳播，有可能使回

　　波湮沒，造成不顯示。可選用頻率較低的粗晶探頭（2.5MHz)。

　　（5）探頭接觸面有一定磨損。常用測厚探頭表面為丙烯樹脂，長期使用會使其表面粗糙度增加，導(dǎo)致靈敏度下降，從而造成顯示不正確。可選用500#砂紙打磨，使其平滑并保證平行度。如仍不穩(wěn)定，則考慮更換探頭。

　　（6）被測物背面有大量腐蝕坑。由于被測物另一面有銹斑、腐蝕凹坑，造成聲波衰減，導(dǎo)致讀數(shù)無規(guī)則變化，在情況下甚至無讀數(shù)。

　　（7）被測物體（如管道）內(nèi)有沉積物，當(dāng)沉積物與工件聲阻抗相差不大時，測厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。

　　（8）當(dāng)材料內(nèi)部存在缺陷（如夾雜、夾層等）時，顯示值約為公稱厚度的70%，此時可用超聲波探傷儀進一步進行缺陷檢測。

　　（9）溫度的影響。一般固體材料中的聲速隨其溫度升高而降低，有試驗數(shù)據(jù)表明，熱態(tài)材料每增加100°C，聲速下降1%。對于高溫在役設(shè)備常

　　常碰到這種情況。應(yīng)選用高溫探頭（300－600°C)，切勿使用普通探頭。

　　（10）層疊材料、復(fù)合（非均質(zhì)）材料。要測量未經(jīng)耦合的層疊材料是不可能的，因超聲波無法穿透未經(jīng)耦合的空間，而且不能在復(fù)合（非均質(zhì)）材料中勻速傳播。對于由多層材料包扎制成的設(shè)備（像尿素高壓設(shè)備），測厚時要特別注意，測厚儀的示值僅表示與探頭接觸的那層材料厚度。

　　（12）耦合劑的影響。耦合劑是用來排除探頭和被測物體之間的空氣，使超聲波能有效地穿入工件達到檢測目的。如果選擇種類或使用方法不當(dāng)，將造成誤差或耦合標志閃爍，無法測量。因根據(jù)使用情況選擇合適的種類，當(dāng)使用在光滑材料表面時，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，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)將耦合劑涂在被測材料的表面，但當(dāng)測量溫度較高時，耦合劑應(yīng)涂在探頭上。

　　（13）聲速選擇錯誤。測量工件前，根據(jù)材料種類預(yù)置其聲速或根據(jù)標準塊反測出聲速。當(dāng)用一種材料校正儀器后（常用試塊為鋼）又去測量另一種材料時，將產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。要求在測量前一定要正確識別材料，選擇合適聲速。

　　（14）應(yīng)力的影響。在役設(shè)備、管道大部分有應(yīng)力存在，固體材料的應(yīng)力狀況對聲速有一定的影響，當(dāng)應(yīng)力方向與傳播方向一致時，若應(yīng)力為壓

　　應(yīng)力，則應(yīng)力作用使工件彈性增加，聲速加快；反之，若應(yīng)力為拉應(yīng)力，則聲速減慢。當(dāng)應(yīng)力與波的傳播方向不一至?xí)r，波動過程中質(zhì)點振動軌跡受應(yīng)力干擾，波的傳播方向產(chǎn)生偏離。根據(jù)資料表明，一般應(yīng)力增加，聲速緩慢增加。

（15）金屬表面氧化物或油漆覆蓋層的影響。金屬表面產(chǎn)生的致密氧化物或油漆防腐層，雖與基體材料結(jié)合緊密，無名顯界面，但聲速在兩種物質(zhì)中的傳播速度是不同的，從而造成誤差，且隨覆蓋物厚度不同，誤差大小也不同。