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超声波测厚仪准确度的影响因素及解决办法

超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的,当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时,脉冲被反射回探头,通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。按此原理设计的测厚仪可对各种板材和各种加工零件作精确测量,也可以对生产设备中各种管道和压力容器进行监测,监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。


1、超声波测厚仪测厚原理

超声波是一种频率高,方向性好,穿透能力强的声波,其易于获得较集中的声能,而且在均匀介质中传播速度相同。超声波在传播过程中如果遇到另一种介质时将产生反射现象,从被测材料表面发出超声波到接收底面(或缺陷)反射波的时间间隔与材料厚度成正比,由传播时间和声速便可确定材料的厚度。基于此原理,超声波测厚仪可用于进行测厚。


2、超声波测厚仪

超声波测厚仪主要由主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分,由发射电路产生的高压冲击波激励探头,产生超声发射脉冲波,超声波透过有机玻璃延迟块和耦合剂到达工件表面。其中一部分超声波被工件前表面反射回接收晶片形成界面反射波,剩余部分则穿过工件在底面发生反射,反射波的一部分又穿过工件表面和延迟块到达接收晶片形成底面反射波。因为界面反射波的波幅很小,不易检测到,因此测厚仪一般都设置了调零旋钮来减小其产生的影响。


在实际壁厚测定时,超声波测厚仪上均带有标准厚度的试块,检测前先进行调零操作,保证标准试块厚度与测厚仪上显示的厚度相一致,这样便间接地消除了界面反射波带来的误差。脉冲波经介质底面反射后被接收电路接收,工件的厚度与脉冲的宽度(通过工件时间)成正比,根据声波在工件中的传播速度乘以通过工件时间的一半而得到工件的厚度,通过单片机计数处理后,经液晶显示器显示厚度数值。

超声波测厚仪测厚原理.png

3、影响超声波测厚仪测量准确度的因素及解决办法

超声波测厚仪在使用过程中,常常会出现测量不准确的问题,此时应该注意分析引起测量误差的原因,有针对性的进行处理,保证测量的准确性。下面笔者就将超声波测厚仪实际使用中经常遇到的可能影响测量准确度的因素及解决办法进行总结。


(1)被测工件表面粗糙度过大,造成探头与接触面耦合效果差,反射回波低,甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀,耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理,降低粗糙度,同时也可以将氧化物及油漆层去掉,露出金属光泽,使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。


(2)被测工件曲率半径太小,尤其是小径管测厚时,因常用探头表面为平面,与曲面接触为点接触或线接触,声强透射率低(耦合不好)。可选用小管径专用探头(6mm),能较精确的测量管道等曲面材料。


(3)检测面与底面不平行,声波遇到底面产生散射,探头无法接受到底波信号。


(4)铸件、奥氏体钢因组织不均匀或晶粒粗大,超声波在其中穿过时产生严重的散射衰减,被散射的超声波沿着复杂的路径传播,有可能使回波湮没,造成不显示。可选用频率较低的粗晶专用探头(2.5MHz)。


(5)探头接触面有一定磨损。常用测厚探头表面为丙烯树脂,长期使用会使其表面粗糙度增加,导致灵敏度下降,从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨,使其平滑并保证平行度。如仍不稳定,则考虑更换探头。


(6)被测物背面有大量腐蚀坑。由于被测物另一面有锈斑、腐蚀凹坑,造成声波衰减,导致读数无规则变化,在极端情况下甚至无读数。


(7)被测物体(如管道)内有沉积物,当沉积物与工件声阻抗相差不大时,测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。

超声波测厚仪准确度的影响因素及解决办法.png

(8)当材料内部存在缺陷(如夹杂、夹层等)时,显示值约为公称厚度的70%,此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。


(9)温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低,有试验数据表明,热态材料每增加100℃,声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。应选用高温专用探头(300-600℃),切勿使用普通探头。


(10)层叠材料、复合(非均质)材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的,因超声波无法穿透未经耦合的空间,而且不能在复合(非均质)材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备(像尿素高压设备),测厚时要特别注意,测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。


(11)耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气,使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当,将造成误差或耦合标志闪烁,无法测量。因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。


(12)声速选择错误。测量工件前,根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后(常用试块为钢)又去测量另一种材料时,将产生错误的结果。要求在测量前一定要正确识别材料,选择合适声速。


(13)应力的影响。在役设备、管道大部分有应力存在,固体材料的应力状况对声速有一定的影响,当应力方向与传播方向一致时,若应力为压应力,则应力作用使工件弹性增加,声速加快;反之,若应力为拉应力,则声速减慢。当应力与波的传播方向不一至时,波动过程中质点振动轨迹受应力干扰,波的传播方向产生偏离。根据资料表明,一般应力增加,声速缓慢增加。


(14)金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层,虽与基体材料结合紧密,无名显界面,但声速在两种物质中的传播速度是不同的,从而造成误差,且随覆盖物厚度不同,误差大小也不同。


2004-11-06 浏览次数:3861次
本文来源:https://www.yiqi.com/daogou/detail_1399.html
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