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超聲波測厚儀基本原理

2010年05月30日 20:21:04人氣:1851來源:上海洪富儀器儀表有限公司

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(shí),脈沖被反射回探頭,通過測量超聲波在材料中傳播的時(shí)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(jì)的測厚儀可對(duì)各種板材和各種加工零件作測量,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,監(jiān)測它們?cè)谑褂眠^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(gè)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(shí),以一個(gè)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。
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(hào)。對(duì)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(duì)表面進(jìn)行處理,降低粗糙度,同時(shí)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(shí),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)??蛇x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(hào)。
(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(shí)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??蛇x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,使用會(huì)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??蛇x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(shí),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(shí),顯示值約為公稱厚度的70%,此時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)表明,熱態(tài)材料每增加100°C,聲速下降1%。對(duì)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(duì)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(shí)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(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)將耦合劑涂在被測材料的表面,但當(dāng)測量溫度較高時(shí),耦合劑應(yīng)涂在探頭上。
(13)聲速選擇錯(cuò)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(shí),將產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。要求在測量前一定要正確識(shí)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(duì)聲速有一定的影響,當(dāng)應(yīng)力方向與傳播方向一致時(shí),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(dòng)過程中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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。

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