Ультразвуковой толщиномер: полное руководство

Содержание

Вы когда-нибудь задавались вопросом, как работает ультразвуковой толщиномер в качестве инструмента контроля?

Различные материалы, включая металлы, литье, сплавы, пластмассы и керамику, используются в обрабатывающей промышленности для производства различных компонентов. Но хотя свойства этих составных материалов важны для таких вещей, как прочность и долговечность, инспекторы по качеству часто полагаются на эти свойства для подтверждения качества продукта.

Но дело в том, что спецификация толщины часто служит основой для определения других свойств и, как таковая, составляет основу проверки для инспекторов по качеству.

В этом руководстве изложено все, что вам нужно знать о толщиномере ut как точном контрольно-измерительном инструменте для измерения толщины материала и о том, как он работает.

Итак, если вы готовы, давайте приступим.

I. Что такое ультразвуковой толщиномер?

Ультразвуковой толщиномер представляет собой неразрушающий метод оценки толщины материала и широко используется в различных отраслях промышленности. Кроме того, многие материалы могут быть измерены с помощью этого метода, просто зная время, необходимое ультразвуковым волнам для возвращения на поверхность. Некоторые материалы, которые можно измерить с помощью ультразвукового толщиномера, включают металл, стекловолокно, пластик, керамику, композит, стекло или резину.

Было замечено, что ультразвуковые волны проходят через металлы с постоянной скоростью. Тем не менее, он может немного варьироваться в зависимости от таких факторов, как температура. Однако источником волны часто является пьезоэлектрический датчик, встроенный в измерительную головку датчика, который также регистрирует отраженную волну.

II

Ультразвуковой толщиномер имеет несколько преимуществ по сравнению с другими методами контроля, и эти преимущества включают

• Широкий диапазон измерений: Ультразвуковые датчики подходят для измерения от 0,08 мм до 635 мм. Это зависит только от материала и выбора преобразователя.
• Высокая точность: Использование цифровых ультразвуковых датчиков дает очень надежные, точные и воспроизводимые результаты.
• Быстрый ответ: Измерения часто занимают одну-две секунды для каждой точки, при этом результаты отображаются в виде цифровых показаний.
• Гибкий: При правильной настройке ультразвуковой датчик можно использовать практически со всеми конструкционными материалами, включая металлы, стекловолокно, пластмассы и композиты.
• Простота в использовании:  Большинство доступных приложений для ультразвукового измерения используют несложные предварительно запрограммированные настройки датчика с минимальным контактом оператора.

III. Как работает ультразвуковой толщиномер?

Возможно, вы уже знаете, что ультразвуковой толщиномер измеряет толщину таких компонентов, как трубы, трубы и резервуары, но как он работает?

Этот метод представляет собой высокоточный метод измерения, использующий время, необходимое звуковым волнам для прохождения через образец после того, как он был проецирован ультразвуковым преобразователем, который действует как зонд для измерения толщины материала образца.

Однако, поскольку звуковые волны отражаются от границ материала, запись времени отражения с другой стороны образца может помочь в измерении толщины точно так же, как радары измеряют расстояние. Разрешение может составлять всего 0,001 мм. Кроме того, несколько эхо-моделей могут измерять толщину металла компонентов с покрытием, не удаляя покрытие.

IV. Ограничения ультразвукового толщиномера

Следует признать, что ультразвуковой толщиномер имеет множество преимуществ и широкий спектр применений в различных отраслях промышленности. В то же время он также имеет свои ограничения, и некоторые из них перечислены ниже.

• Должна пройти отдельная калибровка для каждого испытуемого материала
• Контакт с материалом должен быть достаточным для получения точных показаний
• Поверхностная ржавчина является проблемой для некоторых устройств для достижения точных измерений
• Для некоторых устройств требуется соединительный материал для соединения материала и зонда
• Чтение результатов требует определенного уровня технических знаний

V.

Особенно широко используются ультразвуковые толщиномеры в обрабатывающей промышленности, особенно для металлов, используемых для различных продуктов и компонентов. Некоторые обычные примеры металлов, которые измеряются, включают.

Трубы и резервуары – предусматривают измерение коррозии в металлических трубах и резервуарах и прецизионное измерение толщины при производстве.

Автомобильный листовой металл – включает измерение сложных форм и геометрии автомобильных металлов.

Трубки малого диаметра – включает измерение толщины стенки и концентричности трубки.

Отливки – относится к толщине полых и сложной геометрии отливок из черных и цветных металлов.

Лопасти турбины – включает в себя измерение толщины полых стенок лопаток турбин авиационных двигателей.

Механически обработанные детали: – включает толщину стенок деталей машин при изготовлении в соответствии с проектной спецификацией.

VI

Применение большинства методов измерения или контроля иногда ограничено для конкретных материалов. К счастью, ультразвуковые толщиномеры находят разнообразное применение для множества материалов для различных целей, как показано ниже.

1. Эрозия — Этот процесс возникает при ношении защитного покрытия или подложки, предназначенных для защиты компонента, вызванного трением во время повторяющихся механических движений. Тем не менее, ультразвуковой толщиномер прекрасно справляется с измерением толщины материалов с покрытием.  
2. Коррозия – Металлы часто подвергаются коррозии под воздействием природных элементов, таких как атмосферная влага. Тем не менее, ультразвуковой толщиномер является точным инструментом неразрушающего контроля, который может измерять степень коррозии в скрытых внутренних частях металлов с доступом к одной поверхности.
3. Металлы  – Ультразвуковые толщиномеры часто используются для измерения различных кованых, обработанных, катаных, литых или экструдированных металлических компонентов с диапазоном толщины от 0,2 мм до 500 мм, в зависимости от формирования зерна.
4. Керамика  — почти вся конструкционная и электронная керамика, например, керамические трубки и клапаны, лопатки турбин, контейнеры и керамические покрытия, лучше подходят для ультразвукового контроля. Ультразвуковые датчики также используются для измерения модуля упругости с использованием измерения скорости звука.
5. Прочие материалы . Благодаря способности измерять обычные металлы и пластмассы ультразвуковые датчики дополнительно используются в широком спектре различных приложений, лишь некоторые из которых перечислены здесь, включая резину, стеклянную посуду, мягкие контактные линзы, восковые модели, и биологические образцы, включая мягкие ткани.  

Хотите узнать, как пользоваться ультразвуковым толщиномером? Нажмите, чтобы узнать больше.

VII. Типы ультразвуковых толщиномеров

Ультразвуковые толщиномеры часто бывают разных типов в зависимости от применения или настройки преобразователя. Тем не менее, популярные категории, которые часто рассматриваются, включают датчики коррозии и датчики точности.

• Датчики коррозии

Эти ультразвуковые толщиномеры ориентированы на применение. Они измеряют коррозию металлов, используя интервал времени прохождения эхосигналов между передней и задней стенками компонента. Но это не все. Они также оборудованы для измерения времени между последовательными множественными эхо-сигналами.

• Прецизионные калибры

С другой стороны, прецизионные ультразвуковые толщиномеры часто используются для различных других материалов, помимо металлов, включая пластмассы, керамику, изделия из стекла и другие материалы, используемые в обрабатывающей промышленности. Эти датчики могут измерять широкий диапазон толщин стенок от 0,2 мм до 500 мм с хорошей точностью, отсюда и название.

Ознакомьтесь с 10 ведущими производителями ультразвуковых толщиномеров, чтобы удовлетворить ваши потребности в различных толщиномерах.

VIII. Теория работы ультразвуковых толщиномеров

Существуют фундаментальные концепции и важные теории, которые вам, возможно, потребуется понять, чтобы разобраться в работе ультразвукового прибора для измерения толщины. Эти теории вращаются вокруг типов волновых структур, создаваемых различными настройками преобразователя и различными методами зондирования для точного измерения толщины образца.

• Одиночное эхо  

Для измерения толщины с использованием одиночных эхо-зондов требуется двухэлементный преобразователь с компенсацией волнового пути. Процедура обычно включает измерение двух толщин t1 и t2 для компонентов без покрытия и компонентов с покрытием соответственно, а затем их умножение на скорость звука для стали, которая является материалом.

Скорость звука для материалов с покрытиями, такими как краски, часто ниже, чем для непокрытого металла. Следовательно, метод одиночного эха будет давать толщину, превышающую общую толщину покрытия и металла, со значительно большим неизвестным значением толщины краски. Тем не менее, это не просто вопрос вычитания измерения толщины краски из общего результата измерения одиночного эхосигнала.

Это означает, что следует надлежащим образом учитывать неизвестную постоянную покрытия при использовании метода одиночного эха в ультразвуковых толщиномерах.

• Множественное эхо  

С другой стороны, метод множественных эхо-сигналов ультразвуковых толщиномеров часто включает рассмотрение временных измерений как минимум трех последовательных донных эхо-сигналов. Как правило, метод множественных эхо-сигналов измеряет только время между эхо-сигналами без учета того, имеют ли материалы (сталь) покрытие или нет. Каждое время, измеренное между эхо-сигналами, считается одинаковым.

Кроме того, для метода множественных эхо-сигналов толщиномер определяет толщину путем сложения отдельных толщин t1, t2 и t3, деления результата на шесть и последующего умножения результата на скорость звука для стального материала. То, что вы получаете в результате расчета толщины с помощью прибора, является точным измерением только толщины стали без учета толщины покрытия.

Скорость звука различна для разных материалов. Выражается в метрах в секунду или дюймах в микросекунду. Например, звук распространяется через сталь со скоростью 0,233 дюйма в микросекунду, чем через пластик со скоростью 0,086 дюйма в микросекунду.

IX. Как калибровать ультразвуковые толщиномеры?

Процесс, широко известный как калибровка ультразвуковых толщиномеров, часто включает преобразование временных измерений эхо-сигналов в измерение толщины с использованием скорости звука в стандартном образце материала.

• Калибровка скорости и нуля

Для калибровки скорости датчик измеряет скорость звука в стандартном образце испытуемого материала, а затем собирает значение для определения толщины из измеренных интервалов времени. Однако плотность и эластичность материала, структура зерна, состав материала и температура часто влияют на скорость звука.

С другой стороны, калибровка нуля измеряет образец материала установленной толщины, чтобы определить значение смещения нуля, которое компенсирует часть общего времени прохождения импульса, которая указывает на факторы, отличные от основного пути прохождения звука для испытуемого образца.

• Сертификация калибровки

Сертификация калибровки включает в себя документирование точности измерения толщиномера для конкретных условий испытаний. Калибровочная сертификация производителей часто выполняется со стандартными эталонными значениями толщины с прослеживаемостью толщины в соответствии с международными стандартными институтами.

➤ Статья по теме: Как выбрать ультразвуковой толщиномер?

➤ Статья по теме: Как пользоваться ультразвуковым толщиномером?

➤ Статья по теме: 10 ведущих производителей ультразвуковых толщиномеров

X.

Различные факторы, связанные с испытательным материалом, оборудованием, навыками пользователя и геометрией компонентов, могут влиять на уровень точность для приложения.

1. Материальные факторы

◼︎ Акустические свойства испытуемого материала

Некоторые акустические свойства, которые могут повлиять на точность и диапазон ультразвуковых измерений толщины, включают: границы между различными материалами.

Звукопоглощение – Во многих материалах, включая пластики низкой плотности и резину, звуковая энергия поглощается очень быстро.

Изменения скорости – Без постоянства скорости звука в материале невозможно точное ультразвуковое измерение толщины.

Инверсия фазы или искажение фазы – Ультразвуковые датчики иногда принимают типичное положение, когда испытуемый образец поддерживается воздухом или жидкостью, которая имеет более низкое акустическое сопротивление, чем другие материалы.

◼︎ Физические свойства испытуемого материала

Физические свойства, такие как форма, размер и качество поверхности испытуемых образцов, являются критически важными факторами для определения границ диапазона измерения и точности.

Шероховатость поверхности – Шероховатость поверхности часто приводит к звуковым реверберациям и, следовательно, увеличивает минимальную измеряемую толщину. Поэтому для точных измерений необходима гладкая поверхность с любой стороны.

Конусность или Эксцентриситет – Обратный эхо-сигнал обычно искажается из-за несоосности, сужения или наклона контактных и тыльных поверхностей, что приводит к неточным измерениям.

Кривизна – Как и в случае с несоосными тестовыми образцами, для образцов с криволинейной поверхностью для получения точных измерений требуются правильно соосные преобразователи.

2. Факторы, связанные с оператором

• Выравнивание луча 

Это соображение обычно включает удержание датчика в горизонтальном положении на плоских поверхностях и центрирование датчиков на кривой для искривленных поверхностей.

• Техника соединения  

Если для измерения контактных преобразователей используются контактные вещества, толщина слоя контактного вещества становится частью измерения. Участок смещения нуля уравновешивает его.

3. Факторы, связанные с оборудованием

Хотя конструктивные особенности прибора, такие как цифровая частота дискретизации, часто устанавливают границы диапазона и точности для ультразвуковых датчиков, в приложениях диапазон и точность в конечном итоге определяются комбинацией факторов, связанных с датчиком, настройкой, датчиком и материалом.

Заключение

В заключение следует отметить, что ультразвуковой толщиномер является полезным инструментом контроля с различными преимуществами, включая высокую точность результатов, ограниченный доступ и широкий диапазон измерений.

Несмотря на это, вам также необходимо выбрать правильный толщиномер для правильного применения, поскольку настройка датчиков, структура зерна материала и акустические свойства материала могут быть определяющими факторами для получения точного результата.