杜裕平

摘要：文章通過對脈沖反射式超聲波測厚儀進行鋼板測量時產(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：TQ050 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0052-03

在鋼板厚度的驗收過程中，由于千分尺和卡尺只能對鋼板邊部進行厚度測量，所以脈沖反射式超聲波測厚儀成為每個驗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收時經(jīng)常提出，鋼板內(nèi)部厚度小于標(biāo)準(zhǔn)要求（通常低于0.1～0.3mm），不予驗收。下面就超聲波測厚的工作原理、測量誤差產(chǎn)生的原因進行分析，同時提出精確測量鋼板厚度的方法。

實際工作中，在常溫下對厚度≤40mm的鋼板測量時，由于儀器、探頭接觸面、探頭頻率、耦合劑、鋼板的材質(zhì)、熱處理狀態(tài)等因素的影響，會產(chǎn)生±0.30mm的誤差。隨著厚度的增加以及溫度的升高誤差將更大，下面就誤差產(chǎn)生的原因進行簡單分析。

3 誤差影響因素

3.1 晶粒度的影響

3.3 組織的影響

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為油淬、退火、正火、水淬。

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，性能也會不同，如探頭中的頻率、頻譜不同時，會對探頭聲場產(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入被檢測物達到被檢測的目的，如果選擇的種類或使用方法不當(dāng)，將會造成測量誤差。

3.7 施加力的影響

超聲波測厚時，在探頭和被檢測的工件之間，要施加一層耦合劑，當(dāng)測量時用力不均，會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、白點等缺陷時，會造成聲速顯示值改變。

3.11 測量精度誤差

儀器固有的測量誤差：試塊厚度≤20mm時，聲速測量精度為±1mm/H×100%；試塊厚度>20mm時，聲速精度為5%。

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，區(qū)域大小約為30×30mm。

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。

4.2.2 對比試塊的制作。在距被檢鋼板邊部10mm的無缺陷處平整區(qū)域，按測量步驟4.1的要求，對鋼板的上下相對位置的表面進行處理，面積約為30×50mm。使用千分尺對此區(qū)域內(nèi)的4個角部位置及中心位置分別測量鋼板厚度，對結(jié)果進行記錄，對比5次測量的結(jié)果，如測量值的誤差在0.002mm以內(nèi)，就認(rèn)為此區(qū)域的鋼板平整度滿足測厚試塊制作要求，將此區(qū)域的鋼板作為脈沖反射式超聲波測厚的對比試。

4.2.3 試塊厚度測量。用經(jīng)過計量校正合格的千分尺，在30×50mm對比試塊的中心部位測量3次，取3次的平均值作為此位置的測量值。以軋制規(guī)格為25mm厚的鋼板為例，如實際的測量值H分別為24.982mm、24.983mm、24.984mm，則3次平均值24.983mm為鋼板的厚度。

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，工件較薄時選用頻率較高的雙晶探頭或帶延遲塊的探頭，工件較厚時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 測厚儀零點的校準(zhǔn)。將聲速調(diào)整到5900m/s后按ZERO鍵，進入校準(zhǔn)狀態(tài)，在隨機試塊上涂耦合劑，將探頭和隨機試塊耦合，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，檢測時探頭要放置平穩(wěn)，壓力要適當(dāng)。

4.2.8 鋼板實際厚度的測量。在此聲速條件下，對鋼板表面已清理的被檢測部位進行測量記錄，每個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 鋼板厚度的驗收

鋼板的所有測試點檢測完畢后，對數(shù)據(jù)進行整理，以數(shù)據(jù)最小的值作為此鋼板的驗收厚度，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際厚度，消除供需雙方對鋼板厚度的爭議，在實際工作中都取得了滿意的結(jié)果。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）