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无损检测中超声波测厚办法浅析

无损检测中测厚的方法很多,相应的仪器也很多,除一般机械法测厚外,常用的测厚仪从原理上有:射线测厚仪、超声波测厚仪、磁性测厚仪、电流

无损检测中测厚的办法许多,相应的仪器也许多,除一般机械法测厚外,常用的测厚仪从原理上有:射线测厚仪、超声波测厚仪、磁性测厚仪、电流法测厚仪等。超声波测厚仪与运用其他原理制造的测厚仪比较,有小型、简便、丈量速度快、精度高、电池供电、容器内堆集成尘垢不影响丈量精度等长处。因而,近年来工业上测厚所运用的测厚仪大部分都是超声波测厚仪。

超声波测厚仪我国运用的比较早,早在60年代,我国就自行设计制成表头式CCH-J-1型脉冲反射式测厚仪,并大量出产供用户运用。现在已运用数字技能制成UTM-101H型数字式测厚仪。

近年来脉冲反射式测厚仪开展非常快。因为选用集成电路,数字式测厚仪小到能够握在手掌之中分量不超越一市斤。丈量下限降至0.25毫米,上限一般为几百毫米,精度可到达0.01毫米。

超声波测厚仪从原理上分有共振式、脉冲式两种,下面要点评论脉冲反射式测厚仪。

(一)基本原理

脉冲反射式测厚仪从原理上来说是丈量超声波脉冲在材猜中的往复传达时刻t,即:d=c*t/2

假如声速c已知,那么,测得超声波脉冲在材猜中的往复传达时刻t,就可求得资料厚度d。这种测厚仪可运用表头或数字管直接表明厚度,运用极为便利。

测厚仪电路工件原理方框图示于右图。发射电路输出一个上升时刻很短,脉冲很窄的周期性电脉冲,经过电缆加到探头上,激起压电片发生脉冲超声波,探头宣布的超声波进入工件,在工件上下双面构成屡次反射。反射波经过压电片再变成电信号,经扩展器扩展,由核算电路测出声波在双面间的传达时刻t,最终再换算成厚度显现出来。

(二)脉冲反射式测厚仪电路概述

脉冲反射式测厚仪电路首要是因为主控器、发射电路、接纳扩展电路、核算电路、厚度显现等几部分组成。

下面就其间几个首要部分评论如下。

1、发射电路

该电路是经主控器宣布的脉冲触发后,发生一窄的发射脉冲信号,使换能器(探头)发射超声脉冲。从进步分辩才干和下降测厚仪规模的下限考虑,发射脉动冲要上升时刻短,脉冲宽度窄,这儿需求指出。影响发射脉冲宽度的要素既有电路上的问题,也有探头的制造问题。从进步灵敏度和扩展丈量规模上限考虑,要求发射功率大。

现在脉冲式超声波测厚仪均选用晶体管电路和集成电路,为了进步发射强度,需将几伏电源电压经过直流变换器升到几十伏至几百伏的电压,供应发射管,借以进步发射强度。

2、接纳扩展电路

它首要是接纳扩展工件的底面反射信号。底面反射信号的起伏除受发射脉冲强度影响外,还受被测工件外表光洁度、藕合、原料以及工件底面状况等影响,因而反射信号的起伏改变规模很大,为使仪器有满足的灵敏度,要求扩展电路有较高的增益。但过火进步增益会使脉冲宽度变宽而影响丈量精度。

3、核算电路和厚度显现

数字式测厚仪测读最便利,丈量精度也高,精度可达±0.01毫米,现在国内外出产的脉冲式超声波测厚仪首要是数字式的。下面评论一下数字式测厚仪的核算电路和厚度显现。

发射脉冲和经过扩展的底面反射信号(或相邻两个底面反射信号)触发厚度闸口操控电路,输出一个宽度与被测工件中超声波传达时刻成正比的方波。用这方波来操控闸口电路启闭。

高频振动器输出一系列高频振动信号。在闸口电路敞开期间,这些高频信号经过闸口进入核算器而被计数,最终数字管显现出开门时刻内的高频振动次数。计数与开门方波宽度成正比,方波宽度又正比于工件厚度,因而,计数正比于厚度。高频振动器的频率是可调的,依据不同的资料可调理振动频率,使之开门时刻内振动次数等于工件厚度,这样数字管就直接显现出厚度来。

国产UTM-101H型数字式超声波测厚仪精度为±0.1毫米,丈量规模是1.2-220毫米。

丈量精度为0.1毫米时关于钢来说,相应的声波传达时刻约0.03微秒,也便是要求高频振动的一个周期为0.03微秒,即振动频率调整约为30 兆赫左右,这时计数器就显现以0.1毫米为单位的厚度值。如要让丈量精度到达0.01毫米,则高频振动频率约为300兆赫左右。但制造在这样高频率下作业的数字电路太困难了。实践解决办法是在计数电路之前加一级方波信号扩展电路,使开门时刻精确扩展10倍,这样用30兆赫左右的振动频率也可使丈量精度到达 0.01毫米。

(三)测厚仪的运用及注意事项

首先是挑选探头。测厚用探头一般要依据测厚规模,丈量精度和工件条件来挑选。双晶片探头比较好,它的丈量规模较宽,下限较低。

测厚时被测工件的外表处理与探伤时的要求相同。对粗糙外表测厚,要求打磨的面积不大,关键在于平坦。

藕合剂选用也同探伤时相同,对小径管管壁和坚立的壁等的测厚,选用甘油或水玻璃为宜。

丈量时,为防止耦合剂薄膜的屡次反射或其他杂波信号引起的假读数,一定要指示安稳且能重复呈现后再读取数据。假读数在绝大多数状况中指示是不安稳的。运用双晶探头时,关于一般无方向性问题的工件。探头放置方向无关,而且每个测点测一次即可。关于管道测厚,探头的放置方向要使其隔声层垂直于管道轴线,关于其他与探头放置方向有关的测厚,各测点应丈量二次(先测一次,然后将探头旋转90°再测一次),并做好符号和记载。

丈量管材,尤其是测小径管时,要仔细左右摇摆探头,使其与管壁正交,这样才干取得安稳精确的厚度指示。如仪器作业正常,但测不出厚度时,首先要查看工件光洁度是否合格。耦合剂好不好,光洁度不行再打磨一下,耦合剂太稀,应换粘度大一些的。假如依然测不出来,这可能是内部腐蚀严峻引起的,可把探头稍移动一点再测。

测厚中要注意成倍读数或缺点反射两种状况,当读数与料想值相差许多时,应该剖析是什么原因引起的,看是呈现了成倍读数(读数过大)仍是缺点反射(读数过小);这时如有其他品种测厚仪或探伤仪,应辅佐丈量一下,辨明原因。

对运转中高温工件的丈量,要运用高温探头和特别的耦合剂。

一般管道中沉积物的声阻抗与管材的声阻抗相差很大,所以对厚度丈量没有影响。但在单个状况下,如炼油厂中提炼含硫量较高的天然石油时,管道和容器里构成一种剧铁盐沉积物,其声阻抗与钢的声阻抗附近,这时测得的壁厚有可能是管壁厚与沉积物厚度之和。所以丈量时要特别当心,当对所测得厚度有置疑时,用小锤击打几下管壁,然后再丈量一次。

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