超聲波測厚儀探頭磨損原因分析及測厚值的修正

張媛 陳康（中石油烏石化公司設備檢驗檢測院，新疆烏魯木齊830019）

超聲波測厚儀探頭磨損原因分析及測厚值的修正

張媛 陳康（中石油烏石化公司設備檢驗檢測院，新疆烏魯木齊830019）

影響超聲波測厚儀測量示值的因素有很多，我們從測厚儀探頭磨損影響的角度，對測厚值進行修正，排除探頭表面磨損對測厚值真實性的影響，保證了檢測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，提高了檢測準確率。

超聲波測厚；探頭磨損；曲面

1　超聲波測厚儀的原理和影響因素

超聲波測厚儀是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速度在其內(nèi)部傳播的各種材料均可采用此原理測量。由于超聲波性能高，成本低的處理技術，使用它可以測量不同厚度和不同聲速的材料，頻繁運用于各種生產(chǎn)設備、管道檢測、容器檢測和板材零件加工檢測。對防腐監(jiān)測起了重大作用。

影響超聲波測厚儀示值的主要情況如下：

（1）被檢物體表面情況。當表面過于粗糙時，測厚儀探頭與表面耦合接觸效果差，無法有效接觸反射回波信號，檢測數(shù)據(jù)偏差較大；

（2）對曲率半徑過小的工件（例如小徑管），由于測厚儀探頭與接觸面無法面接觸，會造成反射回波信號差，檢測結果偏差大；

（3）被檢工件表面與底面有一定角度時，反射回波會發(fā)生散射現(xiàn)象，探頭接受信號弱，會影響檢測結果；

（4）被檢工件內(nèi)部結構不均勻（例如鑄件、奧氏體鋼）時，反射回波會發(fā)生散射衰減，探頭接受信號被減弱，造成數(shù)據(jù)不顯示情況；

（5）探頭接觸面有一定磨損。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，導致靈敏度下降，從而造成顯示不準確。

（6）被測工件底面有較嚴重的腐蝕凹坑，造成聲波衰減，檢測數(shù)據(jù)變化大，無法判斷真實情況。

（7）當被檢工件表面有厚涂層、內(nèi)部有夾層或者夾渣或者工件由不同材料疊加組成時，聲波當接觸到第一個反射面時就會認為是工件底面，并反射回波顯示，造成顯示數(shù)據(jù)不真實。

（8）溫度的影響。一般固體材料中的聲速隨其溫度升高而降低，有試驗數(shù)據(jù)表明，熱態(tài)材料每增加100°C，聲速下降1%。對于高溫在役設備常常碰到這種情況。應選用高溫專用探頭（300～600°C），切勿使用普通探頭。

（9）耦合劑和檢測手法的影響。耦合劑是用來排除探頭和被測物體之間的空氣，使超聲波能有效地穿入工件達到檢測目的。當耦合劑的薄厚、粘稠等都會對最終檢測數(shù)據(jù)造成一定影響。在對表面光滑工件進行檢測時，適合使用粘度較低的耦合劑；當工件表面粗糙時，適合使用粘度高的耦合劑進行耦合。

（10）聲速的選擇。在測量被檢工件前要確定其材質(zhì)，不同材質(zhì)聲速不同，如果用同一材質(zhì)對測厚儀校正后，對不同材質(zhì)工件進行檢測，會發(fā)現(xiàn)檢測結果不真實，造成誤差。

影響測量示值的因素有很多，我們從測厚儀探頭磨損影響的角度，對測厚值進行對比，確保在現(xiàn)場檢測得出更為真實的數(shù)據(jù)。

2　超聲波測厚儀探頭磨損的判斷

超聲波測厚儀使用時間長了，需要檢查探頭是否磨損。如果探頭磨損，將會影響測厚數(shù)值的準確性。一般情況下，測厚儀的測厚數(shù)值誤差允許值為～0.1mm至+0.1mm范圍。如果磨損的探頭，測厚數(shù)值誤差超過了上述值，就應該及時更換測厚儀探頭，避免發(fā)生重大失誤。

從測厚儀正面觀察，新探頭顏色鮮艷，探頭表面平整光滑，而舊探頭表面已經(jīng)磨損。從測厚儀探頭側面觀察，新探頭表面平整，而舊探頭已經(jīng)出現(xiàn)凹坑。在觀察時，可以拿一把直尺，靠近探頭表面觀察，看是否透亮。

3　測厚儀探頭磨損對測量值的影響

探頭接觸面在檢測中會有一定磨損。常用測厚探頭表面為丙烯樹脂，長期使用很容易會使其表面粗糙度增加。從現(xiàn)場檢測中發(fā)現(xiàn)，磨損的探頭在平板試塊上，測厚值與新探頭沒有區(qū)別。但是在曲面上測厚時，會馬上出現(xiàn)差別。例如管子和容器的曲面。

做實驗，將同一臺超聲波測厚儀分別使用有磨損的探頭和新探頭測厚，在平面試塊上的測厚值沒有影響。但對小管徑曲面測厚時，影響比較大，會出現(xiàn)測厚值的差異（測量值分別為3.5mm和3.9mm），已經(jīng)超出測厚數(shù)值誤差允許值。

對有磨損的探頭選用500#砂紙打磨，使其平滑并保證平行度后，進行超聲波測厚，可將原來測厚得出的測厚值3.5mm修正為3.8mm，誤差在允許范圍，可以繼續(xù)使用。

4　測厚儀磨損探頭測厚值的修正

從以上對比試驗數(shù)據(jù)得出，使用超聲波測厚儀測厚，當測厚儀探頭有磨損時和新探頭測量曲面值偏差0.4mm，在使用500#砂紙打磨使其平滑并保證平行度后，進行測厚與新探頭測量曲面值偏差0.1mm，提高了探頭測厚值得準確性。一般情況下，測厚儀的測厚數(shù)值誤差允許值為～0.1mm至+0.1mm范圍。如果磨損的探頭，測厚數(shù)值誤差超過了上述值，就應該及時更換測厚儀探頭，避免發(fā)生重大失誤。

因此，在現(xiàn)場進行超聲波測厚檢測前，除了用標塊檢測測量值的真實性外，還需要對探頭進行觀察，排除探頭表面磨損對測厚值真實性的影響。

張媛（1982-），女，新疆烏魯木齊人，本科學歷，理化室檢驗員。