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超聲波測厚儀原理以及使用

日期:2011-10-20瀏覽:2223次

超聲波測厚儀基本原理:
  
超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進(jìn)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(dá)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。按此原理設(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(jìn)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。


使用技巧:
1、一般測量方法:
(1)在一點(diǎn)處用探頭進(jìn)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(diǎn)測量法:當(dāng)測量值不穩(wěn)定時,以一個測定點(diǎn)為中心,在直徑約為30mm 的圓內(nèi)進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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。


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(jìn)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(dá)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(diǎn)接觸或線接觸,聲強(qiáng)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(yán)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(jìn)一步進(jìn)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(dá)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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。


       超聲波測厚儀的分類和原理 對材料表面保護(hù)、裝飾形成的覆蓋層,如涂層、鍍層、敷層、貼層、化學(xué)生成膜等,在有關(guān)國家和標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層(coating)。 覆層厚度測量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測的重要一環(huán),是產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的*手段。為使產(chǎn)品化,我國出口商品和涉外項目中,對覆層厚度有了明確的要求。 


       覆層厚度的測量方法主要有:楔切法,光截法,電解法,厚度差測量法,稱重法,X射線熒光法,β射線反向散射法,電容法、磁性測量法及渦流測量法等。這些方法中前五種是有損檢測,測量手段繁瑣,速度慢,多適用于抽樣檢驗。


        X射線和β射線法是無接觸無損測量,但裝置復(fù)雜昂貴,測量范圍較小。因有放射源,使用者必須遵守射線防護(hù)規(guī)范。X射線法可測極薄鍍層、雙鍍層、合金鍍層。β射線法適合鍍層和底材原子序號大于3的鍍層測量。電容法僅在薄導(dǎo)電體的絕緣覆層測厚時采用。


       隨著技術(shù)的日益進(jìn)步,特別是近年來引入微機(jī)技術(shù)后,采用磁性法和渦流法的測厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實用化的方向進(jìn)了一步。測量的分辨率已達(dá)0.1微米,精度可達(dá)到1%,有了大幅度的提高。它適用范圍廣,量程寬、操作簡便且價廉,是工業(yè)和科研使用zui廣泛的測厚儀器。
采用無損方法既不破壞覆層也不破壞基材,檢測速度快,能使大量的檢測工作經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行。

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