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超聲波測厚儀原理及影響精度的因素

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-23 09:25:16 [收藏]

    超聲波測厚儀原理及影響精度的因素
    超聲波測厚儀儀基本原理：
    超聲波測厚儀是根據超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發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。凡能使超聲波以一恒定速度在其內部傳播的各種材料均可采用此原理測量。按此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，也可以對生產設備中各種管道和壓力容器進行監測，監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。
    使用技巧：(以我公司銷售的超聲波測厚儀為例)
    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：當測量值不穩定時，以一個測定點為中心，在直徑約為30mm 的圓內進行多次測量，取最小值為被測工件厚度值。
    2、精確測量法：在規定的測量點周圍增加測量數目，厚度變化用等厚線表示。
    3、連續測量法：用單點測量法沿指定路線連續測量，間隔不大于5mm。
    4、網格測量法：在指定區域劃上網格，按點測厚記錄。此方法在高壓設備、不銹鋼襯里腐蝕監測中廣泛使用。
    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）。可選用小管徑專用探頭（6mm ),能較精確的測量管道等曲面材料。
    （3）超聲波測厚儀檢測面與底面不平行，聲波遇到底面產生散射，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生嚴重的散射衰減，被散射的超聲波沿著復雜的路徑傳播，有可能使回波湮沒，造成不顯示。可選用頻率較低的粗晶專用探頭（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，導致讀數無規則變化，在極端情況下甚至無讀數。
    （7）被測物體（如管道）內有沉積物，當沉積物與工件聲阻抗相差不大時，超聲波測厚儀顯示值為壁厚加沉積物厚度。
    （8）當材料內部存在缺陷（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，有試驗數據表明，熱態材料每增加100°C，聲速下降1%。對于高溫在役設備常常碰到這種情況。應選用高溫專用探頭（300－600°C)，切勿使用普通探頭。
    （10）層疊材料、復合（非均質）材料。要測量未經耦合的層疊材料是不可能的，因超聲波測厚儀無法穿透未經耦合的空間，而且不能在復合（非均質）材料中勻速傳播。對于由多層材料包扎制成的設備（像尿素高壓設備），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，將造成誤差或耦合標志閃爍，無法測量。因根據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。
    （13）超聲波測厚儀聲速選擇錯誤。測量工件前，根據材料種類預置其聲速或根據標準塊反測出聲速。當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，將產生錯誤的結果。要求在測量前一定要正確識別材料，選擇合適聲速。
    （14）應力的影響。在役設備、管道大部分有應力存在，固體材料的應力狀況對聲速有一定的影響，當應力方向與傳播方向一致時，若應力為壓應力，則應力作用使工件彈性增加，聲速加快；反之，若應力為拉應力，則聲速減慢。當應力與波的傳播方向不一至時，波動過程中質點振動軌跡受應力干擾，波的傳播方向產生偏離。根據資料表明，一般應力增加，聲速緩慢增加。
    （15）金屬表面氧化物或油漆覆蓋層的影響。超聲波測厚儀金屬表面產生的致密氧化物或油漆防腐層，雖與基體材料結合緊密，無名顯界面，但聲速在兩種物質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。
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