超声波测厚仪的测量误差

一、测量误差分析
超声波测厚仪采用新的高性能、低功耗微处理器技术，基于超声波测量原理，可以测量金属及其它多种材料的厚度，并可以对材料的声速进行测量。可以对生产设备中各种管道和压力容器进行厚度测量，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度，也可以对各种板材和各种加工零件作测量。可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。
在实际使用中几乎所有的操作员都有这样的困惑，有时测量时数据飘忽不定，即使感觉探头已经和被测物体表面接触良好。在测量曲面和特殊材质时这种情况更为明显。接下来分析一下哪些因素在影响测量结果：

1.工件表面
工件表面粗糙度过大，造成探头与接触面耦合效果差，反射回波低，甚至无法接收到回波信号。对于表面锈蚀，耦合效果极差的在役设备、管道等可通过砂、磨、挫等方法对表面进行处理，降低粗糙度，同时也可以将氧化物及油漆层去掉，露出金属光泽，使探头与被检物通过耦合剂能达到很好的耦合效果。
 

2.工件曲率半径
工件曲率半径太小，尤其是小径管测厚时，因常用探头表面为平面，与曲面接触为点接触或线接触，声强透射率低（耦合不好）。可选用小管径探头（6mm ）,能较的测量管道等曲面材料。
 

3.检测面与底面
检测面与底面不平行，声波遇到底面产生散射，探头无法接受到底波信号。
 

4.铸件、奥氏体钢
铸件、奥氏体钢因组织不均匀或晶粒粗大，超声波在其中穿过时产生严重的散射衰减，被散射的超声波沿着复杂的路径传播，有可能使回波湮没，造成不显示。可选用频率较低的粗晶探头（2.5MHz）。

5.探头接触面有一定磨损
常用测厚探头表面为丙烯树脂，长期使用会使其表面粗糙度增加，导致灵敏度下降，从而造成显示不正确。可选用500#砂纸打磨，使其平滑并保证平行度。如仍不稳定，则考虑更换探头。

6.被测物背面有大量腐蚀坑
由于被测物另一面有锈斑、腐蚀凹坑，造成声波衰减，导致读数无规则变化，在情况下甚至无读数。

7.被测物体
被测物体（如管道）内有沉积物，当沉积物与工件声阻抗相差不大时，测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。
 

8.材料内部
当材料内部存在缺陷（如夹杂、夹层等）时，显示值约为公称厚度的70%，此时可用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测。
 

9.温度的影响
一般固体材料中的声速随其温度升高而降低，有试验数据表明，热态材料每增加100°C，声速下降1%。对于高温在役设备常 常碰到这种情况。应选用高温探头（300－600°C），切勿使用普通探头。
 

10.层叠材料、复合（非均质）材料
要测量未经耦合的层叠材料是不可能的，因超声波无法穿透未经耦合的空间，而且不能在复合（非均质）材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备（像尿素高压设备），测厚时要特别注意，测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。
 

11.耦合剂的影响
耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当，将造成误差或耦合标志闪烁，无法测量。因根据使用情况选择合适的种类，当使用在光滑材料表面时，可以使用低粘度的耦合剂；当使用在粗糙表面、垂直表面及顶表面时，应使用粘度高的耦合剂。高温工件应选用高温耦合剂。其次，耦合剂应适量使用，涂抹均匀，一般应将耦合剂涂在被测材料的表面，但当测量温度较高时，耦合剂应涂在探头上。
 

12.声速选择错误
测量工件前，根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后（常用试块为钢）又去测量另一种材料时，将产生错误的结果。要求在测量前一定要正确识别材料，选择合适声速。

13.应力的影响
在役设备、管道大部分有应力存在，固体材料的应力状况对声速有一定的影响，当应力方向与传播方向一致时，若应力为压应力，则应力作用使工件弹性增加，声速加快；反之，若应力为拉应力，则声速减慢。当应力与波的传播方向不一至时，波动过程中质点振动轨迹受应力干扰，波的传播方向产生偏离。根据资料表明，一般应力增加，声速缓慢增加。
 

14.金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响
金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层，虽与基体材料结合紧密，无名显界面，但声速在两种物质中的传播速度是不同的，从而造成误差，且随覆盖物厚度不同，误差大小也不同。
 

二、测量方法
超声波测厚仪的四种测量方法分别是一般测量方法、测量法、连续测量法、网格测量法。

1、一般测量方法： 
 （1）在一点处用探头进行两次测厚，在两次测量中探头的分割面要互为90°，取较小值为被测工件厚度值。
 （2）30mm多点测量法：当测量值不稳定时，以一个测定点为中心，在直径约为30mm的圆内进行多次测量，取zui小值为被测工件厚度值。 
2、测量法：
在规定的测量点周围增加测量数目，厚度变化用等厚线表示。
3、连续测量法：
用单点测量法沿路线连续测量，间隔不大于5mm。
4、网格测量法：
在区域划上网格，按点测厚记录。此方法在高压设备、不锈钢衬里腐蚀监测中广泛使用。
三、使用及注意事项
1.首先是选择探头。
测厚用探头一般要根据测厚范围，测量精度和工件条件来选择。双晶片探头比较好，它的测量范围较宽，下限较低。
测厚时被测工件的表面处理与探伤时的要求相同。对粗糙表面测厚，要求打磨的面积不大，关键在于平整。
藕合剂选用也同探伤时一样，对小径管管壁和坚立的壁等的测厚，采用甘油或水玻璃为宜。
2.测量记录
测量时，为避免耦合剂薄膜的多次反射或其他杂波信号引起的假读数，一定要指示稳定且能重复呈现后再读取数据。假读数在绝大多数情况中指示是不稳定的。使用双晶探头时，对于一般无方向性问题的工件。探头放置方向无关，并且每个测 点测一次即可。对于管道测厚，探头的放置方向要使其隔声层垂直于管道轴线，对于其他与探头放置方向有关的测厚，各测点应测量二次（先测一次，然后将探头旋 转90°再测一次），并做好标记和记录。
3.测量管材
测量管材，尤其是测小径管时，要细心左右摆动探头，使其与管壁正交，这样才能获得稳定准确的厚度指示。如仪器工作正常，但测不出厚度时，首先要检查工件光 洁度是否合格。耦合剂好不好，光洁度不够再打磨一下，耦合剂太稀，应换粘度大一些的。如果仍然测不出来，这可能是内部腐蚀严重引起的，可把探头稍移动一点 再测。
测厚中要注意成倍读数或缺陷反射两种情况，当读数与预想值相差很多时，应该分析是什么原因引起的，看是出现了成倍读数（读数过大）还是缺陷反射（读数过小）;这时如有其他种类测厚仪或探伤仪，应辅助测量一下，辨明原因。
4.对运行中高温工件的测量，要使用高温探头和特殊的耦合剂。
通常管道中沉积物的声阻抗与管材的声阻抗相差很大，所以对厚度测量没有影响。但在个别情况下，如炼油厂中提炼含硫量较高的天然石油时，管道和容器里形成一 种剧铁盐沉积物，其声阻抗与钢的声阻抗相近，这时测得的壁厚有可能是管壁厚与沉积物厚度之和。所以测量时要特别小心，当对所测得厚度有怀疑时，用小锤敲打 几下管壁，然后再测量一次。