超聲波測厚儀精確測量鋼板厚度的方法

杜裕平

摘要：文章通過對脈沖反射式超聲波測厚儀進(jìn)行鋼板測量時(shí)產(chǎn)生誤差的各種因素：晶粒度、內(nèi)應(yīng)力、組織、耦合劑、表面狀況、溫度、內(nèi)部缺陷等進(jìn)行分析，提出了精確測量鋼板厚度的方法。

關(guān)鍵詞：超聲波測厚儀；晶粒度；內(nèi)應(yīng)力；耦合劑

中圖分類號(hào)：TQ050 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）13-0052-03

在鋼板厚度的驗(yàn)收過程中，由于千分尺和卡尺只能對鋼板邊部進(jìn)行厚度測量，所以脈沖反射式超聲波測厚儀成為每個(gè)驗(yàn)收單位用來測量鋼板內(nèi)部厚度的工具，供需雙方就厚度公差測量數(shù)值的爭論從未間斷過，用戶在鋼板厚度的驗(yàn)收時(shí)經(jīng)常提出，鋼板內(nèi)部厚度小于標(biāo)準(zhǔn)要求不予驗(yàn)收。下面就超聲波測厚的工作原理、測量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，同時(shí)提出精確測量鋼板厚度的方法。

1 工作原理

超聲波測厚儀主要由主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計(jì)數(shù)顯示電路三部分，由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵(lì)探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)界面反射后被接收電路接收，通過單片機(jī)計(jì)數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值，它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣時(shí)間的一半而得到試樣的厚度。縱波聲速與鐵素體含量和珠光體片層結(jié)構(gòu)相關(guān)，鐵素體含量高，珠光體片層尺寸小，縱波聲速高。

分別采用油淬和水淬兩種工藝處理的材料，其組織應(yīng)力也不同，油淬形成的組織中馬氏體含量較少，組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力小，縱波速度高。根據(jù)資料推薦，超聲縱波聲速由大到小排序?yàn)橛痛?、退火、正火、水淬?/p>

3.4 探頭的影響

同樣參數(shù)（頻率、晶片直徑）的探頭，由于制作工藝的差異，性能也會(huì)不同，如探頭中的頻率、頻譜不同時(shí)，會(huì)對探頭聲場產(chǎn)生影響。

3.5 探頭磨損的影響

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)致靈敏度降低，從而造成顯示不準(zhǔn)確。

3.6 耦合劑的影響

耦合劑是用來排除探頭和被檢物體之間的空氣，使超聲波能有效地進(jìn)入被檢測物達(dá)到被檢測的目的，如果選擇的種類或使用方法不當(dāng)，將會(huì)造成測量誤差。

3.7 施加力的影響

超聲波測厚時(shí)，在探頭和被檢測的工件之間，要施加一層耦合劑，當(dāng)測量時(shí)用力不均，會(huì)使耦合層的厚度有一定的影響，從而造成示值差異。用力較大，耦合效果好，耦合層厚度較薄，示值厚度就小。

3.8 鋼板溫度的影響

根據(jù)資料推薦，在-20℃～120℃范圍內(nèi)，鋼中縱波聲速隨著溫度的上升而下降。

3.9 鋼板表面的影響

鋼板表面的灰塵、氧化皮、銹蝕、污垢和油漆等覆蓋物以及表面平整度和粗糙度都會(huì)造成耦合不良，對測厚造成影響。

3.10 材料內(nèi)部缺陷的影響

當(dāng)材料內(nèi)部有嚴(yán)重的偏析、夾雜、分層、裂紋、白點(diǎn)等缺陷時(shí)，會(huì)造成聲速顯示值改變。

綜上所述，影響脈沖反射式超聲測厚的測量精度的因素有很多，怎樣才能減少這些不良因素，精確測量被檢物的厚度，是減少供需雙方爭議的必要措施，下面就具體的測量方法作進(jìn)一步的介紹。

4 測量步驟

4.1 鋼板被檢部位的表面處理

清除鋼板所需檢測部位表面的灰塵、污垢、氧化皮、銹蝕物、油漆等覆蓋物，對于粗糙表面可以用400#砂紙打磨以露出金屬光澤

4.2 對比試塊的制作

4.2.1 對比試塊的選擇。對比試塊材料質(zhì)量的關(guān)鍵是它的聲學(xué)特性必須與被檢工件基本一致，即材料的晶粒度、熱處理狀態(tài)、物理性能、化學(xué)成分等均需與被檢件一致。為此選用被檢測的鋼板本體來制作對比試塊，以保證試塊和被檢鋼板兩種材料的聲學(xué)性能一致。

4.2.4 探頭的選擇。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭，工件較薄時(shí)選用頻率較高的雙晶探頭或帶延遲塊的探頭，工件較厚時(shí)選用頻率較低的單晶探頭，盡量選用寬帶探頭。

4.2.5 探頭的表面檢查。檢查探頭表面是否平整，如有影響測量精度的磨損，必須對探頭用500#金相砂紙打磨，使其表面平滑并保證平行度，否則更換新的探頭。

4.2.6 測厚儀零點(diǎn)的校準(zhǔn)。將聲速調(diào)整到5900m/s后按ZERO鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)，在隨機(jī)試塊上涂耦合劑，將探頭和隨機(jī)試塊耦合，直到屏幕顯示試塊厚度示值為4.00mm，即校準(zhǔn)完畢。

4.2.7 測量鋼板的聲速。

（1）將探頭與對比試塊中央的千分尺測量部位耦合，顯示出厚度值，然后將探頭轉(zhuǎn)動(dòng)90度，使探頭串音隔聲板與前一次垂直，再次測量試塊厚度，以2次測量中數(shù)值小的作為試塊的厚度。如2次測量示值分別為24.88mm和24.90mm，則以第1次的24.88mm作為此區(qū)域的厚度值，檢測時(shí)探頭要放置平穩(wěn)，壓力要適當(dāng)。

4.2.8 鋼板實(shí)際厚度的測量。在此聲速條件下，對鋼板表面已清理的被檢測部位進(jìn)行測量記錄，每個(gè)測厚位置在相互垂直的方向各測量1次，厚度以小的值為準(zhǔn)。

5 鋼板厚度的驗(yàn)收

鋼板的所有測試點(diǎn)檢測完畢后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以數(shù)據(jù)最小的值作為此鋼板的驗(yàn)收厚度，如符合訂貨標(biāo)準(zhǔn)要求則視為厚度合格。

6 結(jié)語

通過上述的檢測方法，可以將影響脈沖反射式超聲波測厚中，測量精度的各種不良因素降到最小，從而精確測量出鋼板的實(shí)際厚度，消除供需雙方對鋼板厚度的爭議，在實(shí)際工作中都取得了滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄢國強(qiáng).材料質(zhì)量檢測與分析技術(shù)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[2] 劉天佑.鋼材質(zhì)量檢驗(yàn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[3] 鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[4] 鄔亞華.45#鋼熱處理狀態(tài)對超聲縱波聲速的影響

[J].高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

[5] 陳建忠，史耀武.低碳鋼晶粒尺寸的超聲無損評價(jià)技術(shù)[J].無損檢測，2002.

（責(zé)任編輯：周 瓊）

摘要：文章通過對脈沖反射式超聲波測厚儀進(jìn)行鋼板測量時(shí)產(chǎn)生誤差的各種因素：晶粒度、內(nèi)應(yīng)力、組織、耦合劑、表面狀況、溫度、內(nèi)部缺陷等進(jìn)行分析，提出了精確測量鋼板厚度的方法。

關(guān)鍵詞：超聲波測厚儀；晶粒度；內(nèi)應(yīng)力；耦合劑

中圖分類號(hào)：TQ050 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）13-0052-03

在鋼板厚度的驗(yàn)收過程中，由于千分尺和卡尺只能對鋼板邊部進(jìn)行厚度測量，所以脈沖反射式超聲波測厚儀成為每個(gè)驗(yàn)收單位用來測量鋼板內(nèi)部厚度的工具，供需雙方就厚度公差測量數(shù)值的爭論從未間斷過，用戶在鋼板厚度的驗(yàn)收時(shí)經(jīng)常提出，鋼板內(nèi)部厚度小于標(biāo)準(zhǔn)要求不予驗(yàn)收。下面就超聲波測厚的工作原理、測量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，同時(shí)提出精確測量鋼板厚度的方法。

1 工作原理

超聲波測厚儀主要由主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計(jì)數(shù)顯示電路三部分，由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵(lì)探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)界面反射后被接收電路接收，通過單片機(jī)計(jì)數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值，它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣時(shí)間的一半而得到試樣的厚度?？v波聲速與鐵素體含量和珠光體片層結(jié)構(gòu)相關(guān)，鐵素體含量高，珠光體片層尺寸小，縱波聲速高。

分別采用油淬和水淬兩種工藝處理的材料，其組織應(yīng)力也不同，油淬形成的組織中馬氏體含量較少，組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力小，縱波速度高。根據(jù)資料推薦，超聲縱波聲速由大到小排序?yàn)橛痛?、退火、正火、水淬?/p>

3.4 探頭的影響

同樣參數(shù)（頻率、晶片直徑）的探頭，由于制作工藝的差異，性能也會(huì)不同，如探頭中的頻率、頻譜不同時(shí)，會(huì)對探頭聲場產(chǎn)生影響。

3.5 探頭磨損的影響

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)致靈敏度降低，從而造成顯示不準(zhǔn)確。

3.6 耦合劑的影響

耦合劑是用來排除探頭和被檢物體之間的空氣，使超聲波能有效地進(jìn)入被檢測物達(dá)到被檢測的目的，如果選擇的種類或使用方法不當(dāng)，將會(huì)造成測量誤差。

3.7 施加力的影響

超聲波測厚時(shí)，在探頭和被檢測的工件之間，要施加一層耦合劑，當(dāng)測量時(shí)用力不均，會(huì)使耦合層的厚度有一定的影響，從而造成示值差異。用力較大，耦合效果好，耦合層厚度較薄，示值厚度就小。

3.8 鋼板溫度的影響

根據(jù)資料推薦，在-20℃～120℃范圍內(nèi)，鋼中縱波聲速隨著溫度的上升而下降。

3.9 鋼板表面的影響

鋼板表面的灰塵、氧化皮、銹蝕、污垢和油漆等覆蓋物以及表面平整度和粗糙度都會(huì)造成耦合不良，對測厚造成影響。

3.10 材料內(nèi)部缺陷的影響

當(dāng)材料內(nèi)部有嚴(yán)重的偏析、夾雜、分層、裂紋、白點(diǎn)等缺陷時(shí)，會(huì)造成聲速顯示值改變。

綜上所述，影響脈沖反射式超聲測厚的測量精度的因素有很多，怎樣才能減少這些不良因素，精確測量被檢物的厚度，是減少供需雙方爭議的必要措施，下面就具體的測量方法作進(jìn)一步的介紹。

4 測量步驟

4.1 鋼板被檢部位的表面處理

清除鋼板所需檢測部位表面的灰塵、污垢、氧化皮、銹蝕物、油漆等覆蓋物，對于粗糙表面可以用400#砂紙打磨以露出金屬光澤

4.2 對比試塊的制作

4.2.1 對比試塊的選擇。對比試塊材料質(zhì)量的關(guān)鍵是它的聲學(xué)特性必須與被檢工件基本一致，即材料的晶粒度、熱處理狀態(tài)、物理性能、化學(xué)成分等均需與被檢件一致。為此選用被檢測的鋼板本體來制作對比試塊，以保證試塊和被檢鋼板兩種材料的聲學(xué)性能一致。

4.2.4 探頭的選擇。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭，工件較薄時(shí)選用頻率較高的雙晶探頭或帶延遲塊的探頭，工件較厚時(shí)選用頻率較低的單晶探頭，盡量選用寬帶探頭。

4.2.5 探頭的表面檢查。檢查探頭表面是否平整，如有影響測量精度的磨損，必須對探頭用500#金相砂紙打磨，使其表面平滑并保證平行度，否則更換新的探頭。

4.2.6 測厚儀零點(diǎn)的校準(zhǔn)。將聲速調(diào)整到5900m/s后按ZERO鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)，在隨機(jī)試塊上涂耦合劑，將探頭和隨機(jī)試塊耦合，直到屏幕顯示試塊厚度示值為4.00mm，即校準(zhǔn)完畢。

4.2.7 測量鋼板的聲速。

（1）將探頭與對比試塊中央的千分尺測量部位耦合，顯示出厚度值，然后將探頭轉(zhuǎn)動(dòng)90度，使探頭串音隔聲板與前一次垂直，再次測量試塊厚度，以2次測量中數(shù)值小的作為試塊的厚度。如2次測量示值分別為24.88mm和24.90mm，則以第1次的24.88mm作為此區(qū)域的厚度值，檢測時(shí)探頭要放置平穩(wěn)，壓力要適當(dāng)。

4.2.8 鋼板實(shí)際厚度的測量。在此聲速條件下，對鋼板表面已清理的被檢測部位進(jìn)行測量記錄，每個(gè)測厚位置在相互垂直的方向各測量1次，厚度以小的值為準(zhǔn)。

5 鋼板厚度的驗(yàn)收

鋼板的所有測試點(diǎn)檢測完畢后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以數(shù)據(jù)最小的值作為此鋼板的驗(yàn)收厚度，如符合訂貨標(biāo)準(zhǔn)要求則視為厚度合格。

6 結(jié)語

通過上述的檢測方法，可以將影響脈沖反射式超聲波測厚中，測量精度的各種不良因素降到最小，從而精確測量出鋼板的實(shí)際厚度，消除供需雙方對鋼板厚度的爭議，在實(shí)際工作中都取得了滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄢國強(qiáng).材料質(zhì)量檢測與分析技術(shù)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[2] 劉天佑.鋼材質(zhì)量檢驗(yàn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[3] 鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[4] 鄔亞華.45#鋼熱處理狀態(tài)對超聲縱波聲速的影響

[J].高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

[5] 陳建忠，史耀武.低碳鋼晶粒尺寸的超聲無損評價(jià)技術(shù)[J].無損檢測，2002.

（責(zé)任編輯：周 瓊）

摘要：文章通過對脈沖反射式超聲波測厚儀進(jìn)行鋼板測量時(shí)產(chǎn)生誤差的各種因素：晶粒度、內(nèi)應(yīng)力、組織、耦合劑、表面狀況、溫度、內(nèi)部缺陷等進(jìn)行分析，提出了精確測量鋼板厚度的方法。

關(guān)鍵詞：超聲波測厚儀；晶粒度；內(nèi)應(yīng)力；耦合劑

中圖分類號(hào)：TQ050 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）13-0052-03

在鋼板厚度的驗(yàn)收過程中，由于千分尺和卡尺只能對鋼板邊部進(jìn)行厚度測量，所以脈沖反射式超聲波測厚儀成為每個(gè)驗(yàn)收單位用來測量鋼板內(nèi)部厚度的工具，供需雙方就厚度公差測量數(shù)值的爭論從未間斷過，用戶在鋼板厚度的驗(yàn)收時(shí)經(jīng)常提出，鋼板內(nèi)部厚度小于標(biāo)準(zhǔn)要求不予驗(yàn)收。下面就超聲波測厚的工作原理、測量誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，同時(shí)提出精確測量鋼板厚度的方法。

1 工作原理

超聲波測厚儀主要由主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計(jì)數(shù)顯示電路三部分，由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵(lì)探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)界面反射后被接收電路接收，通過單片機(jī)計(jì)數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值，它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣時(shí)間的一半而得到試樣的厚度?？v波聲速與鐵素體含量和珠光體片層結(jié)構(gòu)相關(guān)，鐵素體含量高，珠光體片層尺寸小，縱波聲速高。

分別采用油淬和水淬兩種工藝處理的材料，其組織應(yīng)力也不同，油淬形成的組織中馬氏體含量較少，組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力小，縱波速度高。根據(jù)資料推薦，超聲縱波聲速由大到小排序?yàn)橛痛?、退火、正火、水淬?/p>

3.4 探頭的影響

同樣參數(shù)（頻率、晶片直徑）的探頭，由于制作工藝的差異，性能也會(huì)不同，如探頭中的頻率、頻譜不同時(shí)，會(huì)對探頭聲場產(chǎn)生影響。

3.5 探頭磨損的影響

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)致靈敏度降低，從而造成顯示不準(zhǔn)確。

3.6 耦合劑的影響

耦合劑是用來排除探頭和被檢物體之間的空氣，使超聲波能有效地進(jìn)入被檢測物達(dá)到被檢測的目的，如果選擇的種類或使用方法不當(dāng)，將會(huì)造成測量誤差。

3.7 施加力的影響

超聲波測厚時(shí)，在探頭和被檢測的工件之間，要施加一層耦合劑，當(dāng)測量時(shí)用力不均，會(huì)使耦合層的厚度有一定的影響，從而造成示值差異。用力較大，耦合效果好，耦合層厚度較薄，示值厚度就小。

3.8 鋼板溫度的影響

根據(jù)資料推薦，在-20℃～120℃范圍內(nèi)，鋼中縱波聲速隨著溫度的上升而下降。

3.9 鋼板表面的影響

鋼板表面的灰塵、氧化皮、銹蝕、污垢和油漆等覆蓋物以及表面平整度和粗糙度都會(huì)造成耦合不良，對測厚造成影響。

3.10 材料內(nèi)部缺陷的影響

當(dāng)材料內(nèi)部有嚴(yán)重的偏析、夾雜、分層、裂紋、白點(diǎn)等缺陷時(shí)，會(huì)造成聲速顯示值改變。

綜上所述，影響脈沖反射式超聲測厚的測量精度的因素有很多，怎樣才能減少這些不良因素，精確測量被檢物的厚度，是減少供需雙方爭議的必要措施，下面就具體的測量方法作進(jìn)一步的介紹。

4 測量步驟

4.1 鋼板被檢部位的表面處理

清除鋼板所需檢測部位表面的灰塵、污垢、氧化皮、銹蝕物、油漆等覆蓋物，對于粗糙表面可以用400#砂紙打磨以露出金屬光澤

4.2 對比試塊的制作

4.2.1 對比試塊的選擇。對比試塊材料質(zhì)量的關(guān)鍵是它的聲學(xué)特性必須與被檢工件基本一致，即材料的晶粒度、熱處理狀態(tài)、物理性能、化學(xué)成分等均需與被檢件一致。為此選用被檢測的鋼板本體來制作對比試塊，以保證試塊和被檢鋼板兩種材料的聲學(xué)性能一致。

4.2.4 探頭的選擇。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭，工件較薄時(shí)選用頻率較高的雙晶探頭或帶延遲塊的探頭，工件較厚時(shí)選用頻率較低的單晶探頭，盡量選用寬帶探頭。

4.2.5 探頭的表面檢查。檢查探頭表面是否平整，如有影響測量精度的磨損，必須對探頭用500#金相砂紙打磨，使其表面平滑并保證平行度，否則更換新的探頭。

4.2.6 測厚儀零點(diǎn)的校準(zhǔn)。將聲速調(diào)整到5900m/s后按ZERO鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài)，在隨機(jī)試塊上涂耦合劑，將探頭和隨機(jī)試塊耦合，直到屏幕顯示試塊厚度示值為4.00mm，即校準(zhǔn)完畢。

4.2.7 測量鋼板的聲速。

（1）將探頭與對比試塊中央的千分尺測量部位耦合，顯示出厚度值，然后將探頭轉(zhuǎn)動(dòng)90度，使探頭串音隔聲板與前一次垂直，再次測量試塊厚度，以2次測量中數(shù)值小的作為試塊的厚度。如2次測量示值分別為24.88mm和24.90mm，則以第1次的24.88mm作為此區(qū)域的厚度值，檢測時(shí)探頭要放置平穩(wěn)，壓力要適當(dāng)。

4.2.8 鋼板實(shí)際厚度的測量。在此聲速條件下，對鋼板表面已清理的被檢測部位進(jìn)行測量記錄，每個(gè)測厚位置在相互垂直的方向各測量1次，厚度以小的值為準(zhǔn)。

5 鋼板厚度的驗(yàn)收

鋼板的所有測試點(diǎn)檢測完畢后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以數(shù)據(jù)最小的值作為此鋼板的驗(yàn)收厚度，如符合訂貨標(biāo)準(zhǔn)要求則視為厚度合格。

6 結(jié)語

通過上述的檢測方法，可以將影響脈沖反射式超聲波測厚中，測量精度的各種不良因素降到最小，從而精確測量出鋼板的實(shí)際厚度，消除供需雙方對鋼板厚度的爭議，在實(shí)際工作中都取得了滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄢國強(qiáng).材料質(zhì)量檢測與分析技術(shù)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[2] 劉天佑.鋼材質(zhì)量檢驗(yàn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[3] 鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[4] 鄔亞華.45#鋼熱處理狀態(tài)對超聲縱波聲速的影響

[J].高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

[5] 陳建忠，史耀武.低碳鋼晶粒尺寸的超聲無損評價(jià)技術(shù)[J].無損檢測，2002.

（責(zé)任編輯：周 瓊）