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超声波测厚中的常见问题与处理方法

发布时间:2022-08-04人气:10

8.1 表面状况对测量结果的影响

8.1.1 表面覆盖物

测量前应清除被测物体表面所有的灰尘、污垢及锈蚀物,铲除油漆等覆盖物。

8.1.2 粗糙表面

过于粗糙的表面会引起测量误差,甚至仪器无读数。测量前应尽量使被测材料表面光滑,可使用磨、抛、锉等方法使其光滑。还可使用高粘度耦合剂。

8.1.3 粗加工表面

粗加工表面(如车床或刨床)所造成的有规则的细槽也会引起测量误差,处理方法同上。另外调整超声探头串音隔层板(穿过探头底面中心的金属薄层)与被测材料细槽之间的夹角,使隔层板与细槽相互垂直或平行,取读数中的最小值作为测量厚度,可取得较好效果。

8.1.4 圆柱型表面

测量圆柱型材料,如管子、油桶等,正确选择探头串音隔层板与被测材料轴线之间的夹角至关重要。简单地说,将探头与被测材料耦合,探头串音隔层板与被测材料轴线平行或垂直,沿与被测材料轴线方向垂直地缓慢摇动探头,屏幕上的读数将有规则地变化,选择读数中的最小值,作为材料的测量厚度。

根据材料的曲率正确选择探头串音隔层板与被测材料轴线夹角方向。直径较大的管材,选择探头串音隔层板与管子轴线垂直;直径较小的管材,则选择与管子轴线平行和垂直两种测量方法,取读数中的最小值作为测量厚度。

8.1.5 复合外形

当测量复合外形的材料(如管子弯头处)时可采用上文介绍的方法,所不同的是要进行二次测量,分别读取探头串音隔层板与轴线垂直和平行的两个数值,其较小的一个数作为该材料在测量点处的厚度测量值。

8.1.6 不平行表面

为了得到稳定、可靠的厚度测量值,被测材料的另一表面必须与被测面平行或同轴,否则将引起较大测量误差或根本无读数显示。

8.2 温度对测量结果的影响

材料的厚度与超声波传播速度均受温度的影响,若对测量精度要求较高时,可采用试块对比法,即用相同材料的试块在相同温度条件进行测量,并求得温度补偿系数,用此系数修正被测工件的实测值。对于钢铁来说,高温将引起较大的误差,可用此法来补偿校正。使用1605探头可测量表面温度高达300℃的钢材厚度。测量高温钢材时的注意事项:            

将随机带的高温耦合剂均匀涂于1605探头的表面,耦合剂用量应适中;

手持探头进行点接触测量。探头与被测物接触时间不超过5秒。在每次测量后应将探头用水冷却或自然冷却。由于高温测量采用点接触测量的方法,探头与被测物接触时间较短,因此有时会造成测量失败,在测量高温材料时要反复多次测量。

钢材一般温度每增加100℃,材料声速下降1%左右,故测量值应加以修正。

例:将H0定义为材料实际厚度值,H1定义为用OU1600测量的显示值,

则: 100℃时, H0 H1×0.99       

200℃时,  H0 H1×0.98

    300℃时, H0 H1×0.97

在高温测量时也可采用两点校准的方法消除在高温测量时产生的测量误差。

8.3 材料衰减对测量结果的影响

对于一些如纤维、多孔、粗晶等材料,它们会造成超声波的大量散射和能量衰减,以致可能使仪器出现反常的读数甚至无读数(通常反常的读数小于实际厚度)。在这种情况下,该材料不适于用此测厚仪进行厚度测量。

8.4 参考试块的使用

对不同材料在不同条件下进行精确测量,校准试块的材料越接近于被测材料,测量就越精确。理想的参考试块将是一组被测材料的不同厚度的试块,试块能提供仪器补偿校正因素(如材料的微观结构、热处理条件、粒子方向、表面粗糙等)。为了满足最大精度测量的要求,一套参考试块将是很重要的。

在大部分情况下,只要使用一个参考试块就能得到令人满意的测量精度,这个试块应具有与被测材料相同的材质和相近的厚度。取均匀被测材料用千分尺测量后就能作为一个试块。

对于薄材料,在它的厚度接近于探头测量下限时,可用试块来确定准确的低限。不要测量低于下限厚度的材料。如果一个厚度范围是可以估计的,那么试块的厚度应选上限值。

当被测材料较厚时,特别是内部结构较为复杂的合金等,应在一组试块中选择一个接近被测材料的,以便于掌握校准。

大部分锻件和铸件的内部结构具有方向性,在不同的方向上,声速将会有少量变化,为了解决这个问题,试块应具有与被测材料相同方向的内部结构,声波在试块中的传播方向也要与在被测材料中的方向相同。

在一定情况下,查已知材料的声速表,可代替参考试块,但这只是近似地代替一些参考试块,在一些情况下,声速表中的数值与实际测量有别,这是因为材料的物理及化学情况有异。这种方法常被用来测低碳钢,但只能作为粗略测量。

测厚仪具有测量声速的功能,故可先测量出声速,再以此声速对工件进行测量。

8.5 铸件测量 

铸件测量有其特殊性。铸件材料的晶粒比较粗大,组织不够致密,再加上往往处于毛面状态就进行测量,因此使测量遇到较大的困难。

首先是晶粒的粗大和组织不致密性造成声能的极大衰减,衰减是由材料对声能的散射和吸收造成的。衰减的程度与晶粒尺寸和超声频率是有密切关系的,相同频率下衰减随晶粒直径的增大而增大,但有一最高点,超过这一点,晶粒直径再增大,衰减基本趋于一个固定值。对于不同频率的探头,衰减随频率的增大而增大。

其次,当晶粒粗大和铸造中存在粗大异相组织时,将对超声信号产生异常反射,产生草状回波或树状回波,使测厚结果出现错误读数,造成误判。

另外,随着晶粒的粗大,金属结晶方向上的各向异性表现得更为显著,从而使不同方向上的声速造成差异,最大差异甚至可达5.5%。而且工件内不同位置上组织的致密性也不一致,这也将造成声速的差异。这些因素都将引起测量结果的不准确。因此对铸件测量要特别小心。

对铸件测量时应注意:

●    在测量表面粗糙的铸件时,必须采用粘度较大的机油、黄油等作耦合剂。

●    建议用与待测物相同的材料,测量方向与待测物也相同的试块来校准材料的声速。

●    必要时可进行两点校准。

8.6 减小测量误差的方法

8.6.1 超薄材料

使用任何超声波测厚仪,当被测材料的厚度降到探头使用下限以下时,将导致测量误差,必要时,最小极限厚度可用试块比较法测得。

当测量超薄材料时,有时会发生一种称为“双重折射”的错误结果,它的现象为:显示读数是实际厚度的二倍;另一种错误结果被称为“脉冲包络、循环跳跃”,它的现象是测量值大于实际厚度,为防止这类误差,测临界薄材料时应反复测量核对。

8.6.2 锈斑、腐蚀凹坑等

被测材料另一表面的锈斑凹坑(很小的锈点有时是很难发现的)等将引起读数无规则地变化,在极端情况下甚至无读数。当发现凹坑或感到怀疑时,对这个区域的测量就得十分小心,可选择探头串音隔层板不同角度的定位来作多次测试。

8.6.3 材料识别错误

当用一种材料校正了仪器后,又去测量另一种材料时,将发生错误的结果,应注意选择正确的声速。

8.6.4 探头的磨损

探头表面为丙烯树脂,长期使用会使其粗糙度增高,导致探头灵敏度下降,如果探头磨损严重导致测量结果误差较大,可用砂纸或油石少量打磨探头表面使其平滑并保证平行度。如测值仍不稳定,则需更换探头。

8.6.5 多层材料、复合材料

要测量结合面不紧密的多层材料是不可能的,因超声波无法穿透未经耦合的结合面。因为超声波不能在复合材料中以匀速传播,所以用超声反射原理测量厚度的仪器均不适于测量多层材料和复合材料。

8.6.6 金属表面氧化层的影响

有些金属可能在其表面产生较致密的氧化层,例如铝等,这层氧化层与基体间结合紧密,无明显界面,但超声波在这两种物质中的传播速度是不同的,故会造成测量误差,且氧化层厚度不同误差的大小也不同。请用户在使用时注意这种情况。可以在同一批被测材料中选择一块制成样块,用千分尺或卡尺测量测量其厚度,并用该样块对仪器进行校准。

8.6.7 反常的厚度读数

操作者应具备辨别反常读数的能力,通常锈斑、腐蚀凹坑、被测材料内部缺陷都将引起反常读数。解决办法可参考本手册的有关章节。

8.6.8 耦合剂的选择和使用

耦合剂是用来作为探头与被测材料之间的超声信号传播载体。如果耦合剂的种类或使用方法不当将有可能造成较大误差,或者耦合标志闪烁,测值无法稳定。耦合剂应适量使用,涂沫均匀。

选择合适类型的耦合剂非常重要。当使用在光滑材料表面时,可以使用低粘度的耦合剂(如随机配置的耦合剂、轻机油等);当使用在粗糙材料表面,或垂直表面及顶面时,需要使用粘度较高的耦合剂(如甘油膏、黄油、润滑脂等)。


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