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超聲波測厚儀的測量誤差

一、測量誤差分析
超聲波測厚儀采用新的高性能、低功耗微處理器技術(shù)，基于超聲波測量原理，可以測量金屬及其它多種材料的厚度，并可以對(duì)材料的聲速進(jìn)行測量?？梢詫?duì)生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進(jìn)行厚度測量，監(jiān)測它們?cè)谑褂眠^程中受腐蝕后的減薄程度，也可以對(duì)各種板材和各種加工零件作測量?？蓮V泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。
在實(shí)際使用中幾乎所有的操作員都有這樣的困惑，有時(shí)測量時(shí)數(shù)據(jù)飄忽不定，即使感覺探頭已經(jīng)和被測物體表面接觸良好。在測量曲面和特殊材質(zhì)時(shí)這種情況更為明顯。接下來分析一下哪些因素在影響測量結(jié)果：

1.工件表面
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
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
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
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，長期使用會(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。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
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.材料內(nèi)部
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。
 

11.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。
 

12.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。

13.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。
 

14.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。
 

二、測量方法
超聲波測厚儀的四種測量方法分別是一般測量方法、測量法、連續(xù)測量法、網(wǎng)格測量法。

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。
三、使用及注意事項(xiàng)
1.首先是選擇探頭。
測厚用探頭一般要根據(jù)測厚范圍，測量精度和工件條件來選擇。雙晶片探頭比較好，它的測量范圍較寬，下限較低。
測厚時(shí)被測工件的表面處理與探傷時(shí)的要求相同。對(duì)粗糙表面測厚，要求打磨的面積不大，關(guān)鍵在于平整。
藕合劑選用也同探傷時(shí)一樣，對(duì)小徑管管壁和堅(jiān)立的壁等的測厚，采用甘油或水玻璃為宜。
2.測量記錄
測量時(shí)，為避免耦合劑薄膜的多次反射或其他雜波信號(hào)引起的假讀數(shù)，一定要指示穩(wěn)定且能重復(fù)呈現(xiàn)后再讀取數(shù)據(jù)。假讀數(shù)在絕大多數(shù)情況中指示是不穩(wěn)定的。使用雙晶探頭時(shí)，對(duì)于一般無方向性問題的工件。探頭放置方向無關(guān)，并且每個(gè)測 點(diǎn)測一次即可。對(duì)于管道測厚，探頭的放置方向要使其隔聲層垂直于管道軸線，對(duì)于其他與探頭放置方向有關(guān)的測厚，各測點(diǎn)應(yīng)測量二次（先測一次，然后將探頭旋 轉(zhuǎn)90°再測一次），并做好標(biāo)記和記錄。
3.測量管材
測量管材，尤其是測小徑管時(shí)，要細(xì)心左右擺動(dòng)探頭，使其與管壁正交，這樣才能獲得穩(wěn)定準(zhǔn)確的厚度指示。如儀器工作正常，但測不出厚度時(shí)，首先要檢查工件光 潔度是否合格。耦合劑好不好，光潔度不夠再打磨一下，耦合劑太稀，應(yīng)換粘度大一些的。如果仍然測不出來，這可能是內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重引起的，可把探頭稍移動(dòng)一點(diǎn) 再測。
測厚中要注意成倍讀數(shù)或缺陷反射兩種情況，當(dāng)讀數(shù)與預(yù)想值相差很多時(shí)，應(yīng)該分析是什么原因引起的，看是出現(xiàn)了成倍讀數(shù)（讀數(shù)過大）還是缺陷反射（讀數(shù)過?。?這時(shí)如有其他種類測厚儀或探傷儀，應(yīng)輔助測量一下，辨明原因。
4.對(duì)運(yùn)行中高溫工件的測量，要使用高溫探頭和特殊的耦合劑。
通常管道中沉積物的聲阻抗與管材的聲阻抗相差很大，所以對(duì)厚度測量沒有影響。但在個(gè)別情況下，如煉油廠中提煉含硫量較高的天然石油時(shí)，管道和容器里形成一 種劇鐵鹽沉積物，其聲阻抗與鋼的聲阻抗相近，這時(shí)測得的壁厚有可能是管壁厚與沉積物厚度之和。所以測量時(shí)要特別小心，當(dāng)對(duì)所測得厚度有懷疑時(shí)，用小錘敲打 幾下管壁，然后再測量一次。