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   超声测厚原理及影响因素分析
发布日期:2018年10月29日  

01超声测厚原理及影响因素分析
 

  超声测厚仪分为共振式、脉冲反射式和兰姆波式,一般常用的是脉冲反射式。

  脉冲反射式测厚仪是利用探头晶片发出的超声波脉冲在工件中传播时遇到异种介质界面就会产生反射这一原理进行的。

  其工作原理是发射电路发出脉冲很窄的周期性电脉冲,通过电缆加到探头上,激励探头中压电晶片产生超声波。

  该超声波在工件上下底面产生多次反射,反射波被探头接收,转变为电信号经放大器放大后输入计算电路,由计算电路测出超声波在工件上下底面往返一次传播的时间,最后再换算成工件厚度显示出来。

  计算公式为:

  ( c- 工件中的波速;t-超声波在工件中往返一次传播时间)

  测量中,经常采用机械或化学方法清除被测物表面的氧化皮,并在探头与工件之间加入有利于超声传播的耦合剂(常用耦合剂有甘油、机油、水玻璃)。

  根据超声测厚的原理可以推断出影响测厚精度的因素至少应包括被测物体内外部的质量状态、仪器性能、耦合剂性质以及操作过程中的人为因素等几个方面。

  1.1 被测物体表面质量对测厚精度的影响

  用超声波测厚仪在常温下对表面洁净的碳钢板和18-8不锈钢管进行测厚,再对同一材质表面有氧化层和污垢层的试板进行测定,由于外部质量状态改变前后所测数据对比对测量结果进行对比分析可以获得以下结论:

  a.探头接触处背面的氧化层和油垢层对壁厚实测值无明显影响;

  b.探头接触处表面的氧化层和油垢层对壁厚实测值有增加读数的影响。

  1.2 被测物体内部质量对测厚精度的影响

  曾对公称尺寸为φ68mm×l5mm的2N压缩机水冷管U型弯头圆弧部位进行过测量,多次实测的壁厚均为5.6mm,并认为是流体冲刷减薄,但拆下后,用尺测壁厚达12.4mm,后改用国产和进口测厚仪测量仍然是5.6mm。

  再后来改用超声波探伤仪进行测厚,发现在壁厚为4.8~7.2mm处有缺陷反射,底波降低了一半,由此可判断测厚仪所测出的数值为缺陷所在深度,并不是真实的厚度。

  通过大量试验,还证实了其他物体内部质量缺陷同样对测厚结果有直接影响。

  其内容包括:材料晶粒各向异性、材料的合金成分、材料的金相组织分布及材料中的夹杂物等。

  由此可得出以下结论:被测物体的内部质量缺陷对超声测厚结果有直接影响。

  1.3 仪器性能对测厚结果的影响

  试验表明,一般测厚仪测量带涂层物体的厚度值时,测出厚度与被测点的实际厚度值差别较大。

  使用数字式超声波探伤仪并采用回波一回波法测量同样物体得出的厚度值与实际壁厚基本一致。

  也就是说,对于表面难于净化的物体厚度测量,用数字式超声波探伤仪的测厚结果比用普通超声测厚仪所得测厚结果更精确。

  1.4耦合剂对测厚结果的影响

  实践发现,测厚过程中所用耦合剂的耦合效果对测厚结果影响很大,尤其是高温测厚。不同耦合效果的测厚误差高达20%,且多数测厚数据大于实际值,这对判断设备的安全性具有明显的不安全因素。

  所以,在不同测厚条件下,恰当地选用耦合剂和耦合操作技巧非常重要。

  1.5 操作因素对测厚结果的影响

  在高温测厚试验中,相同条件下测量的10mm碳钢板,不同操作者测出的厚度误差高达2mm。

  对同一管道同一部位进行测厚时,探头所放的位置不同,能造成厚度误差达1mm。

  保证测厚精度的若干措施

  02

  2.1 测厚仪器及其配套件的选择

  a.对于表面容易净化的物体测厚,选用数字式超声波测厚仪,精度范围应达到 H± 0.1mm(H-壁厚mm);对于表面不易净化的物体测厚,宜选用数字式超声波探伤仪

  b.采用直探头直接接触法,高温下(大于100℃)的测量应采用适当的高温探头。

  c.对圆管进行测厚时,应尽可能的选取直径较小的探头。

  2.2耦合剂的选择

  应根据使用情况选择合适的种类,当使用在光滑材料表面时,可以使用低粘度的耦合剂;

  当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时,应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。

  其次,耦合剂应适量使用,涂抹均匀,一般应将耦合剂涂在被测材料的表面,但当测量温度较高时,耦合剂应涂在探头上。

  2.3管道测厚固定架的应用

  测厚时,要求工件表面光洁平整,达不到要求时,要进行打磨处理。

  测量时,探头放置要平稳,压力适当。对管径较小的管道,测厚时,应保证探头平面与管壁垂直,减小误差,并在每个测试位置上互相垂直的方向各测一次,需要时可以使用特制的管道测厚固定架。

  对于管道中有沉积物,当沉积物声阻抗与工件相差不大时,要先用小锤敲击几下管壁再测,防止误判。

  2.4异常测厚数据的处理

  在测厚实践中,偶尔出现某组数据偏离正常值是可能的。

  在这种情况,应首先排除探头与被测表面接触不良所造成的测厚偏差,然后进行较大面积的重复核测。

  若核测数据仍然偏离正常值,最好采用超声波探伤仪或其它无损探伤手段检测物件内部是否有1.2节所述的缺陷存在。

  发现物件内部确有缺陷的按相应的检验规程进一步处理。

 

 

 

 

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