超聲波測厚儀怎么選?從材料、厚度、曲率、溫度到探頭的完整選型指南
選擇超聲波測厚儀要確認(rèn)材料能不能穩(wěn)定傳遞超聲波,再看被測材料的大致厚度、表面曲率、測量的溫度以及材料表面有沒有涂層。普通鋼板用常規(guī)探頭,小直徑管道和曲面零件優(yōu)先小尺寸探頭,厚工件或粗晶材料考慮低頻探頭,測量高溫管道或剛加工好的高溫零件需要選擇高溫探頭,不想打磨涂層但想測量涂層下基體材料厚度用帶穿透涂層模式的超聲波測厚儀。還有一種比較難測量的多層復(fù)合材料,要用專門的多層超聲波測厚儀才能測量每層的厚度。
一、選型前需要確認(rèn)哪些條件?

1、確認(rèn)被測材料適不適合用超聲波測厚儀
超聲波測厚儀是通過探頭發(fā)射超聲波,聲波傳遞到材料底面后反射回來,根據(jù)聲波往返消耗的時間和材料的聲速計算厚度。所以被測材料必須能夠傳播超聲波,并且檢測面和材料地面平行或者同軸才可以用超聲波測厚儀檢測厚度。一些內(nèi)部組織非常不均勻的材料、多孔材料、或者橡膠、泡沫這種強(qiáng)吸聲的材料,都不建議用超聲波測量。
2、根據(jù)工件厚度選擇量程和探頭頻率
(1)普通厚度工件
例如幾毫米到幾十毫米的鋼板、管道和機(jī)械零件,這些工件的測量難度比較低,常規(guī)雙晶探頭就可以測量,在選型時更關(guān)注操作便攜性以及探頭的精度和重復(fù)性。
(2)很薄的工件
對于薄鋼管、薄壁管和小型精密零件,工件太薄,發(fā)射脈沖、材料界面回波和底面回波容易相互重疊,難以識別。所以很薄的工件通常需要使用短波長的高頻率探頭的超聲波測厚儀,更好地識別哪個是界面回波,哪個是底面回波。
(3)很厚的工件
厚鑄件或者粗晶材料更需要聲波具有強(qiáng)穿透能力,在材料內(nèi)部衰減少一些,建議選擇長波長的低頻探頭超聲波測厚儀。很多客戶測量厚工件只關(guān)注儀器的量程范圍,量程固然重要,但是儀器標(biāo)定的量程通常是在特定材料條件下獲得的結(jié)果,換成鑄鐵或者其它高衰減材料,實際可測量的厚度可能會發(fā)生變化。
3、看工件曲率,尤其是小直徑管道
大直徑管道和大曲面材料普通探頭通常就可以測量,而像鍋爐管、換熱器管或小口徑不銹鋼管這些小直徑管道更建議使用小探頭檢測。因為探頭底面是平的,而管道表面是弧形,管道直徑越小,和探頭越難貼合。
4、測量溫度不同探頭,選擇不同
常溫工件如普通鋼板、儲罐、管道等,常規(guī)探頭就可以滿足測量。而蒸汽管道、鍋爐或熱態(tài)鋼材這些高溫材料需要使用特殊高溫探頭,常規(guī)探頭檢測可能導(dǎo)致探頭性能變化、測量誤差增大甚至直接損壞探頭。
5、是否需要穿透涂層測厚
如果鋼管表面油漆、防腐涂層等,想要檢測金屬基體的厚度,普通測量時涂層也會參與聲波傳播,影響測量結(jié)果。如果不想破壞管道原有表面可以考慮支持穿透涂層模式的超聲波測厚儀。
6、看工件是單層還是多層結(jié)構(gòu)
普通超聲波測厚儀測的是探頭到工件底面的傳播時間,適合單層材料厚度檢測。但有些工件是由兩層、三層不同材料組成的,例如多層塑料板、復(fù)合板材或者同時測量涂層基材厚度等,就需要使用有多層測量功能的超聲波測厚儀。
二、幾個典型場景怎么選?

1、普通鋼板厚度檢測
碳鋼板、不銹鋼板和鋼結(jié)構(gòu)板材這類材料組織比較均勻,超聲波衰減小,底面回波清晰,屬于比較容易測量的材料,一般用普通雙晶探頭就能測量,例如林上LS215超聲波測厚儀主機(jī)搭配5MHZφ10標(biāo)準(zhǔn)探頭,它可以測量1-320mm范圍的材料(45#鋼標(biāo)準(zhǔn)),0.01mm分辨率。如果對分辨率要求較高,則考慮LS212超聲波測厚儀主機(jī),分辨率高達(dá)0.001mm。
2、粗晶厚鑄件檢測
鑄鐵件、鑄鋼件等粗晶材料和普通鋼板不同,材料內(nèi)部晶粒較大,超聲波在傳播過程中容易發(fā)生散射和衰減,底面回波可能變?nèi)跎踔帘浑s波干擾。這種材料選擇超聲波測厚儀重點看超聲波穿透能力,可以考慮林上LS211超聲波測厚儀主機(jī)搭配2MHZ ZT-12探頭,2MHZ低頻率探頭穿透能力更強(qiáng),對弱回波識別能力好。
3、小直徑管道檢測
小直徑管道測量的主要限制在于管徑小曲率大,探頭容易晃動,回波不穩(wěn)定,在同一點多次測量數(shù)據(jù)變化可能很大。林上LS212超聲波測厚儀0.001mm,適合小直徑管道精密測量,7MHZ PT-06探頭直徑僅6mm,能夠更好地貼合管道,可測量20mm直徑的小鋼管。
注意如果使用的是林上LS212這類超聲波雙晶探頭儀器,建議測量時探頭中心的隔聲層垂直于管道軸線,讓發(fā)射面和接受面盡量在同一平面上。
4、帶防腐漆的在役管道
如果工程允許局部打磨的話,可以打磨油漆、去除防腐層后直接用普通超聲波測厚儀檢測。不允許破壞表面涂層,或者需要多點測量覺得去除涂層太麻煩的,可以選擇帶穿透涂層功能的型號,它能在保留涂層的狀態(tài)下直接測量涂層下金屬基材的厚度。林上LS211、LS212、LS213、LS215超聲波測厚儀均支持穿透涂層測量模式。
5、運(yùn)行中的高溫管道罐體
高溫材料不能用普通探頭檢測,以林上超聲波測厚儀探頭為例,常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)探頭最高接觸溫度只有60℃,而鍋爐等運(yùn)行中的高溫管道罐體能夠達(dá)到200℃以上,常規(guī)探頭測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確還可能會損壞探頭。高溫材料建議使用專門的高溫探頭如林上5MHZ GT-12高溫探頭,它的接觸溫度高達(dá)500℃,能夠滿足大多數(shù)高溫材料測量要求。
6、多層復(fù)合材料分別測各層厚度
如果客戶要測量的工件由兩層或三層不同材料組成,想要知道更層厚度分別是多少,普通超聲波測厚儀就沒辦法測量了,需要選擇支持多層測量的超聲波測厚儀。例如LS216多層超聲波測厚儀,它能夠識別不同材料界面產(chǎn)生的多個回波,再根據(jù)各層對應(yīng)的傳播時間和聲速分別計算各層厚度,還能夠顯示測量波形,直觀查看不同位置的回波數(shù)據(jù)。
需要注意各層材料之間需要有足夠明顯的聲學(xué)界面,如果兩個材料聲速差不多且緊密貼合在一起,超聲波測厚儀可能就無法識別出它們之間的界面。
四、超聲波測厚儀選型常見問題

1、超聲波測厚儀是不是所有材料都能測?
不是。超聲波測厚儀主要測量的是超聲波良導(dǎo)體材料的厚度,材料需要能夠穩(wěn)定傳播超聲波,并形成清晰底面回波。泡沫、水泥、木材等多孔材料以及內(nèi)部組織非常不均勻的材料,超聲波無法穩(wěn)定傳播,不建議使用超聲波測厚儀測量。
2、工件太薄還能用普通超聲波測厚儀嗎?
不一定。超聲波測厚儀一般都有最低厚度要求,雙晶探頭例如LS212超聲波測厚儀5MHZφ10標(biāo)準(zhǔn)探頭測量45#鋼的最低厚度要求是0.8mm。因為雙晶探頭內(nèi)部的發(fā)射晶片和接收晶片是分開的,中間有隔音層,材料太薄時發(fā)射晶片的超聲波很快就從底面反射回來,可能會落在中間隔聲區(qū)域,無法有效進(jìn)入接收晶片,儀器不能獲得穩(wěn)定的底面回波。單晶探頭中間沒有隔音層,一般可以比雙晶探頭測量更薄一些的材料,但也不是無限制的。如果材料非常薄,發(fā)射脈沖和底面回波容易重疊在一起,儀器就沒有辦法識別了。
3、材料厚度在儀器量程范圍內(nèi)就一定能測嗎?
不一定。儀器標(biāo)定的量程是在特定材料條件下測出來的數(shù)據(jù),如LS212標(biāo)準(zhǔn)探頭量程范圍0.8~350mm測量的是45#鋼塊,如果測量的是其它材料,厚度范圍就可能會發(fā)生變化。哪怕是同樣測量45#鋼,材料曲率、表面狀態(tài)和溫度也會影響測量結(jié)果。
五、快速選型表
| 工況 | 主要選型重點 | 林上產(chǎn)品方向 |
| 普通鋼板、鋼管 | 常規(guī)壁厚,通用雙晶探頭 | LS215主機(jī)+5MHZφ10探頭 |
| 薄板、薄壁件 | 小盲區(qū)、高分辨率 | LS212主機(jī)+5MHZφ10探頭 |
| 小直徑管道 | 曲面貼合,小晶片探頭 | LS212主機(jī)+7MHZ PT-06探頭 |
| 厚件、粗晶材料 | 穿透能力,較低頻探頭 | LS211主機(jī)+ 2MHZ ZT-12探頭 |
| 帶涂層鋼管 | 穿透涂層功能 | LS211、LS212、LS213、LS215皆可 |
| 高溫管道 | 探頭耐高溫 | LS213主機(jī)+5MHZ GT-12探頭 |
| 多層材料 | 分別測各層厚度 | LS216多層超聲波測厚儀 |
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