超聲波測(cè)厚儀探頭磨損原因分析及測(cè)厚值的修正

張媛 陳康（中石油烏石化公司設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，新疆烏魯木齊830019）

超聲波測(cè)厚儀探頭磨損原因分析及測(cè)厚值的修正

張媛 陳康（中石油烏石化公司設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，新疆烏魯木齊830019）

影響超聲波測(cè)厚儀測(cè)量示值的因素有很多，我們從測(cè)厚儀探頭磨損影響的角度，對(duì)測(cè)厚值進(jìn)行修正，排除探頭表面磨損對(duì)測(cè)厚值真實(shí)性的影響，保證了檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確率。

超聲波測(cè)厚；探頭磨損；曲面

1　超聲波測(cè)厚儀的原理和影響因素

超聲波測(cè)厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來(lái)進(jìn)行厚度測(cè)量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)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(cè)量。由于超聲波性能高，成本低的處理技術(shù)，使用它可以測(cè)量不同厚度和不同聲速的材料，頻繁運(yùn)用于各種生產(chǎn)設(shè)備、管道檢測(cè)、容器檢測(cè)和板材零件加工檢測(cè)。對(duì)防腐監(jiān)測(cè)起了重大作用。

影響超聲波測(cè)厚儀示值的主要情況如下：

（1）被檢物體表面情況。當(dāng)表面過(guò)于粗糙時(shí)，測(cè)厚儀探頭與表面耦合接觸效果差，無(wú)法有效接觸反射回波信號(hào)，檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差較大；

（2）對(duì)曲率半徑過(guò)小的工件（例如小徑管），由于測(cè)厚儀探頭與接觸面無(wú)法面接觸，會(huì)造成反射回波信號(hào)差，檢測(cè)結(jié)果偏差大；

（3）被檢工件表面與底面有一定角度時(shí)，反射回波會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，探頭接受信號(hào)弱，會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果；

（4）被檢工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻（例如鑄件、奧氏體鋼）時(shí)，反射回波會(huì)發(fā)生散射衰減，探頭接受信號(hào)被減弱，造成數(shù)據(jù)不顯示情況；

（5）探頭接觸面有一定磨損。常用測(cè)厚探頭表面為丙烯樹(shù)脂，長(zhǎng)期使用會(huì)使其表面粗糙度增加，導(dǎo)致靈敏度下降，從而造成顯示不準(zhǔn)確。

（6）被測(cè)工件底面有較嚴(yán)重的腐蝕凹坑，造成聲波衰減，檢測(cè)數(shù)據(jù)變化大，無(wú)法判斷真實(shí)情況。

（7）當(dāng)被檢工件表面有厚涂層、內(nèi)部有夾層或者夾渣或者工件由不同材料疊加組成時(shí)，聲波當(dāng)接觸到第一個(gè)反射面時(shí)就會(huì)認(rèn)為是工件底面，并反射回波顯示，造成顯示數(shù)據(jù)不真實(shí)。

（8）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)選用高溫專(zhuān)用探頭（300～600°C），切勿使用普通探頭。

（9）耦合劑和檢測(cè)手法的影響。耦合劑是用來(lái)排除探頭和被測(cè)物體之間的空氣，使超聲波能有效地穿入工件達(dá)到檢測(cè)目的。當(dāng)耦合劑的薄厚、粘稠等都會(huì)對(duì)最終檢測(cè)數(shù)據(jù)造成一定影響。在對(duì)表面光滑工件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，適合使用粘度較低的耦合劑；當(dāng)工件表面粗糙時(shí)，適合使用粘度高的耦合劑進(jìn)行耦合。

（10）聲速的選擇。在測(cè)量被檢工件前要確定其材質(zhì)，不同材質(zhì)聲速不同，如果用同一材質(zhì)對(duì)測(cè)厚儀校正后，對(duì)不同材質(zhì)工件進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果不真實(shí)，造成誤差。

影響測(cè)量示值的因素有很多，我們從測(cè)厚儀探頭磨損影響的角度，對(duì)測(cè)厚值進(jìn)行對(duì)比，確保在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得出更為真實(shí)的數(shù)據(jù)。

2　超聲波測(cè)厚儀探頭磨損的判斷

超聲波測(cè)厚儀使用時(shí)間長(zhǎng)了，需要檢查探頭是否磨損。如果探頭磨損，將會(huì)影響測(cè)厚數(shù)值的準(zhǔn)確性。一般情況下，測(cè)厚儀的測(cè)厚數(shù)值誤差允許值為～0.1mm至+0.1mm范圍。如果磨損的探頭，測(cè)厚數(shù)值誤差超過(guò)了上述值，就應(yīng)該及時(shí)更換測(cè)厚儀探頭，避免發(fā)生重大失誤。

從測(cè)厚儀正面觀察，新探頭顏色鮮艷，探頭表面平整光滑，而舊探頭表面已經(jīng)磨損。從測(cè)厚儀探頭側(cè)面觀察，新探頭表面平整，而舊探頭已經(jīng)出現(xiàn)凹坑。在觀察時(shí)，可以拿一把直尺，靠近探頭表面觀察，看是否透亮。

3　測(cè)厚儀探頭磨損對(duì)測(cè)量值的影響

探頭接觸面在檢測(cè)中會(huì)有一定磨損。常用測(cè)厚探頭表面為丙烯樹(shù)脂，長(zhǎng)期使用很容易會(huì)使其表面粗糙度增加。從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，磨損的探頭在平板試塊上，測(cè)厚值與新探頭沒(méi)有區(qū)別。但是在曲面上測(cè)厚時(shí)，會(huì)馬上出現(xiàn)差別。例如管子和容器的曲面。

做實(shí)驗(yàn)，將同一臺(tái)超聲波測(cè)厚儀分別使用有磨損的探頭和新探頭測(cè)厚，在平面試塊上的測(cè)厚值沒(méi)有影響。但對(duì)小管徑曲面測(cè)厚時(shí)，影響比較大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)厚值的差異（測(cè)量值分別為3.5mm和3.9mm），已經(jīng)超出測(cè)厚數(shù)值誤差允許值。

對(duì)有磨損的探頭選用500#砂紙打磨，使其平滑并保證平行度后，進(jìn)行超聲波測(cè)厚，可將原來(lái)測(cè)厚得出的測(cè)厚值3.5mm修正為3.8mm，誤差在允許范圍，可以繼續(xù)使用。

4　測(cè)厚儀磨損探頭測(cè)厚值的修正

從以上對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，使用超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚，當(dāng)測(cè)厚儀探頭有磨損時(shí)和新探頭測(cè)量曲面值偏差0.4mm，在使用500#砂紙打磨使其平滑并保證平行度后，進(jìn)行測(cè)厚與新探頭測(cè)量曲面值偏差0.1mm，提高了探頭測(cè)厚值得準(zhǔn)確性。一般情況下，測(cè)厚儀的測(cè)厚數(shù)值誤差允許值為～0.1mm至+0.1mm范圍。如果磨損的探頭，測(cè)厚數(shù)值誤差超過(guò)了上述值，就應(yīng)該及時(shí)更換測(cè)厚儀探頭，避免發(fā)生重大失誤。

因此，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行超聲波測(cè)厚檢測(cè)前，除了用標(biāo)塊檢測(cè)測(cè)量值的真實(shí)性外，還需要對(duì)探頭進(jìn)行觀察，排除探頭表面磨損對(duì)測(cè)厚值真實(shí)性的影響。

張媛（1982-），女，新疆烏魯木齊人，本科學(xué)歷，理化室檢驗(yàn)員。