黃勝清(江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 泰州 214500)

1 超聲波測厚儀原理

超聲波測厚技術主要用于機械制造、工程建設、石油化工設備等領域的測厚。他由主機、探頭、試塊三部分組成。超聲波測厚儀主機包括發(fā)射部份、接收部份、計數(shù)顯示部份組成。其基本原理是通過超聲波探頭產(chǎn)生壓電效應發(fā)射、接收超聲波。(壓電效應原理:某些晶體受到拉力或壓力而產(chǎn)生變形時，在晶體的界面上出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象叫正壓電效應。而在電場的作用下，晶體發(fā)生彈性變形的現(xiàn)象，稱為逆壓力效應。正壓電效應和逆壓電效應統(tǒng)稱為壓電效應)。探頭的核心元件是薄片狀壓電晶體，通常稱為壓電晶片。測厚儀發(fā)射產(chǎn)生的高頻電發(fā)射的電脈沖施加于探頭時，激勵壓電晶片發(fā)生高頻振動，產(chǎn)生超聲波，通過耦合層進入被測工件后，產(chǎn)生反射后被接收電路接收，通過單片機計數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值。超聲波測厚儀主要根據(jù)聲波在被測物體中的傳播速度乘以通過被測物體中的時間乘積的一半而得到被測物體的厚度，即超聲波測厚儀工作原理。從而使超聲波測厚技術在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用。

2 測厚儀的種類

測厚儀的種類有:X射線測厚儀、紙張測厚儀、薄膜測厚儀、涂層測厚儀、在線測厚儀、超聲測厚儀、壓力測厚儀、白光干涉測厚儀、電解式測厚儀、機械接觸式測厚儀、渦流測厚儀等。測厚儀的種類有很多，其中我們常見的測厚儀有:超聲波測厚儀、涂層測厚儀、薄膜測厚儀、紙張測厚儀、X射線測厚儀等。

3 實際測厚時造成超聲波測厚示值失真的原因有哪些

超聲波測厚在實際應用中會出現(xiàn)測厚儀顯示示值偏大或偏小的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)測厚儀顯示示值失真，會給被檢設備造成安全隱患，而如果根據(jù)測厚儀錯誤的數(shù)據(jù)更換了材料或設備的零部件，便會增加制造成本和使用成本，而造成大量的資源浪費。那么，超聲波測厚示值失真是由什么造成的呢？我認為原因是多方面的，主要如下:

3.1 測厚儀檢測的被測物體內(nèi)有雜質(zhì)物(不同聲速的物質(zhì))，當雜質(zhì)物聲阻抗與被測物體聲阻抗相差不大時，測厚儀器示值為壁厚加雜質(zhì)物厚度；當雜質(zhì)物的聲阻抗大于被測物體的聲阻抗時，測厚儀器顯示值會出現(xiàn)增厚現(xiàn)象，如鑄鋼件中出現(xiàn)高密度物質(zhì)。

3.2 測厚儀檢測的被測物體材料內(nèi)部存在缺陷(其大小、位置、方向等對測厚示值影響較大)，如鋼板軋制過程產(chǎn)生的夾層，當夾層的直徑小于或稍大于測厚儀探頭直徑時，圍繞夾層邊緣周圍移動測量，可發(fā)現(xiàn)分層缺陷。當夾層直徑遠大于探頭直徑時，測厚儀器顯示值失真。此時不能作為判斷設備及材料示值的依據(jù)，而應用其它無損檢測的方法進行檢測，如用超聲波探傷儀，查明夾層分布情況和面積大小及與母材表面的傾角，以確定其危害性。

3.3 溫度也會影響測厚儀顯示示值大小:在超聲波測厚儀檢測時，一般固體材料中的聲速隨溫度升高而降低，對于被測物體處于高溫狀態(tài)，此時,應選用高溫測厚專用探頭，避免出現(xiàn)測量示值誤差過大。

3.4 超聲波測厚儀無法測量層疊材料、不完全復合材料厚度。因為超聲波測厚儀的超聲波無法穿透未經(jīng)耦合的空間，此時測量的示值可能是單層示值。

3.5 耦合劑對測厚示值的影響。(耦合劑是一種媒介，是用來排除測厚儀探頭與被測物體之間的空氣，使測厚儀的超聲波能有效的進入到被測物體內(nèi)達到檢測的目的)。所以選擇耦合劑時，應盡可能考慮其聲阻抗與被測物體的聲阻抗一致、且粘度應當適中，無污染，對人體無影響。

3.6 被檢工件的形狀:如果被檢工件檢測面對應的面(一般稱底面)不平行,存在夾角時,隨著夾角的增大，反回接收到的超聲波隨之減小，示值顯示失真或不能顯示被測部位數(shù)值；再如被檢測工件的曲率半徑對測量結(jié)果有影響,這種影響將隨曲率半徑的減小明顯地增大;,示值失真也隨之增大。

3.7 被測面的表面質(zhì)量:在進行測厚前應對被測物體表面金屬氧化物、油漆覆蓋層、涂層、粗糙的表面進行打磨，露出金屬光澤或本色，否則會影響測厚儀示值顯示失真。即使被測物體表面產(chǎn)生的金屬氧化物、油漆覆蓋層、涂層與被測物體表面結(jié)合緊密，此時由于它們聲速不同，而導致測厚儀檢測示值失真。資料顯示，覆蓋層厚度大于25μm時,其誤差與覆蓋層厚度近似成正比。

3.8 操作不當,也會造成測厚示值誤差:如聲速的選擇,應根據(jù)不同的材質(zhì)選擇不同的聲速等。在測厚前、測厚中及測厚結(jié)束，應及時用標準試塊進行校正，誤差是否在允許范圍內(nèi)，否則應重新測厚。

3.9 臨界厚度，任何一種測厚儀都要求基體金屬有一個臨界厚度,只有大于這個厚度,測量才不會受基體金屬厚度的影響。因此在使用超聲波測厚儀檢測時，要正確選擇測厚儀及探頭、對被檢物表面進行處理、正確使用耦合劑，積極預防超聲波測厚儀示值失真，避免造成事故隱患或不必要的浪費。

4 測厚儀的選擇

以上我們介紹了超聲波測厚的原理、種類及測厚過程的注意點，工作中如何選擇測厚儀？下面作一簡單介紹:

4.1 超聲波測厚儀:一是由于其體積小、重量輕、便于攜帶且價格便宜、無污染、不受使用場地環(huán)境限制等優(yōu)點；二是有良好的指向性:對金屬、非金屬材料的厚度測量，既快又準確，尤其是在只許可一個側(cè)面可接觸的場合，更能顯示其優(yōu)越性。它廣泛應用于特種設備(鍋爐、壓力容器、壓力管道、起重機械、大型游樂設施等)物流倉儲、船舶、化工設備、橋梁等行業(yè)的各種板材、管材、半成品、零部件壁厚測定及其局部腐蝕、銹蝕的情況檢測。因此它廣泛使用在冶金、造船、機械、化工、電力、交通、原子能等領域的材料及設備檢測，對設備安全運行及降低制造成本起著主要的作用。

4.2 涂層測厚儀:用于測量鐵及非鐵金屬基體上涂層的厚度；

4.3 薄膜測厚儀:用于測定薄膜、薄片等材料的厚度，測量范圍寬、測量精度高，具有數(shù)據(jù)輸出、任意位置置零、公英制轉(zhuǎn)換、自動斷電等特點；

4.4 紙張測厚儀:適用于4mm以下的各種薄膜、紙張、紙板以及其他片狀材料厚度的測量；

4.5 X射線測厚儀:利用X射線穿透被測材料時衰減原理，其強度的變化與材料的厚度相關的特性，從而測定材料的厚度，是一種非接觸式的動態(tài)計量儀器。它以PLC和工業(yè)計算機為核心，采集計算數(shù)據(jù)并輸出目標偏差值給軋機厚度控制系統(tǒng)，達到要求的軋制厚度。缺點是對人體有傷害，使用場地要防護。對環(huán)境有污染，投資成本大。主要應用行業(yè)，有色金屬的板帶箔加工、冶金行業(yè)的板帶加工。

5 測厚部位的選擇

測厚部位的選擇，直接影晌檢測結(jié)果的準確性和客觀性，準確客觀的評介被檢材料及設備，可避免材料的浪費和提高設備的安全運行。所以選擇檢測部位很重要，原材料、零部件一般應選擇在制造成型時，壁厚減薄部位和可能產(chǎn)生缺陷的部位；在役設備除選擇在加工過程中易減薄部位外，還應選擇使用過程中被沖刷部位、使用中產(chǎn)生的變形部位、腐蝕部位、磨損部位、積液部位、物料的進出口部位、液位波動部位、不等厚連接部位等。

超聲波測厚技術看似簡單，但從以上五個方面可以看出，要做到超聲波測厚數(shù)據(jù)的準確，還要根據(jù)被檢對象選擇合適的測厚方法、測厚儀器、耦合劑、被測對象表面質(zhì)量及可能出現(xiàn)的影晌因素，以免產(chǎn)生誤判現(xiàn)象，造成設備不必要的浪費或者產(chǎn)生安全事故。