超声波测厚仪精确测量钢板厚度的方法

杜裕平

摘要：文章通过对脉冲反射式超声波测厚仪进行钢板测量时产生误差的各种因素：晶粒度、内应力、组织、耦合剂、表面状况、温度、内部缺陷等进行分析，提出了精确测量钢板厚度的方法。

关键词：超声波测厚仪；晶粒度；内应力；耦合剂

中图分类号：TQ050 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0052-03

在钢板厚度的验收过程中，由于千分尺和卡尺只能对钢板边部进行厚度测量，所以脉冲反射式超声波测厚仪成为每个验收单位用来测量钢板内部厚度的工具，供需双方就厚度公差测量数值的争论从未间断过，用户在钢板厚度的验收时经常提出，钢板内部厚度小于标准要求不予验收。下面就超声波测厚的工作原理、测量误差产生的原因进行分析，同时提出精确测量钢板厚度的方法。

1 工作原理

超声波测厚仪主要由主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分，由发射电路产生的高压冲击波激励探头，产生超声发射脉冲波，脉冲波经介质界面反射后被接收电路接收，通过单片机计数处理后，经液晶显示器显示厚度数值，它主要根据声波在试样中的传播速度乘以通过试样时间的一半而得到试样的厚度。纵波声速与铁素体含量和珠光体片层结构相关，铁素体含量高，珠光体片层尺寸小，纵波声速高。

分别采用油淬和水淬两种工艺处理的材料，其组织应力也不同，油淬形成的组织中马氏体含量较少，组织转变应力小，纵波速度高。根据资料推荐，超声纵波声速由大到小排序为油淬、退火、正火、水淬。

3.4 探头的影响

同样参数（频率、晶片直径）的探头，由于制作工艺的差异，性能也会不同，如探头中的频率、频谱不同时，会对探头声场产生影响。

3.5 探头磨损的影响

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，导致灵敏度降低，从而造成显示不准确。

3.6 耦合剂的影响

耦合剂是用来排除探头和被检物体之间的空气，使超声波能有效地进入被检测物达到被检测的目的，如果选择的种类或使用方法不当，将会造成测量误差。

3.7 施加力的影响

超声波测厚时，在探头和被检测的工件之间，要施加一层耦合剂，当测量时用力不均，会使耦合层的厚度有一定的影响，从而造成示值差异。用力较大，耦合效果好，耦合层厚度较薄，示值厚度就小。

3.8 钢板温度的影响

根据资料推荐，在-20℃～120℃范围内，钢中纵波声速随着温度的上升而下降。

3.9 钢板表面的影响

钢板表面的灰尘、氧化皮、锈蚀、污垢和油漆等覆盖物以及表面平整度和粗糙度都会造成耦合不良，对测厚造成影响。

3.10 材料内部缺陷的影响

当材料内部有严重的偏析、夹杂、分层、裂纹、白点等缺陷时，会造成声速显示值改变。

综上所述，影响脉冲反射式超声测厚的测量精度的因素有很多，怎样才能减少这些不良因素，精确测量被检物的厚度，是减少供需双方争议的必要措施，下面就具体的测量方法作进一步的介绍。

4 测量步骤

4.1 钢板被检部位的表面处理

清除钢板所需检测部位表面的灰尘、污垢、氧化皮、锈蚀物、油漆等覆盖物，对于粗糙表面可以用400#砂纸打磨以露出金属光泽

4.2 对比试块的制作

4.2.1 对比试块的选择。对比试块材料质量的关键是它的声学特性必须与被检工件基本一致，即材料的晶粒度、热处理状态、物理性能、化学成分等均需与被检件一致。为此选用被检测的钢板本体来制作对比试块，以保证试块和被检钢板两种材料的声学性能一致。

4.2.4 探头的选择。根据工件厚度和精度要求来选择探头，工件较薄时选用频率较高的双晶探头或带延迟块的探头，工件较厚时选用频率较低的单晶探头，尽量选用宽带探头。

4.2.5 探头的表面检查。检查探头表面是否平整，如有影响测量精度的磨损，必须对探头用500#金相砂纸打磨，使其表面平滑并保证平行度，否则更换新的探头。

4.2.6 测厚仪零点的校准。将声速调整到5900m/s后按ZERO键，进入校准状态，在随机试块上涂耦合剂，将探头和随机试块耦合，直到屏幕显示试块厚度示值为4.00mm，即校准完毕。

4.2.7 测量钢板的声速。

（1）将探头与对比试块中央的千分尺测量部位耦合，显示出厚度值，然后将探头转动90度，使探头串音隔声板与前一次垂直，再次测量试块厚度，以2次测量中数值小的作为试块的厚度。如2次测量示值分别为24.88mm和24.90mm，则以第1次的24.88mm作为此区域的厚度值，检测时探头要放置平稳，压力要适当。

4.2.8 钢板实际厚度的测量。在此声速条件下，对钢板表面已清理的被检测部位进行测量记录，每个测厚位置在相互垂直的方向各测量1次，厚度以小的值为准。

5 钢板厚度的验收

钢板的所有测试点检测完毕后，对数据进行整理，以数据最小的值作为此钢板的验收厚度，如符合订货标准要求则视为厚度合格。

6 结语

通过上述的检测方法，可以将影响脉冲反射式超声波测厚中，测量精度的各种不良因素降到最小，从而精确测量出钢板的实际厚度，消除供需双方对钢板厚度的争议，在实际工作中都取得了满意的结果。

参考文献

[1] 鄢国强.材料质量检测与分析技术[M].北京：中国计量出版社，2005.

[2] 刘天佑.钢材质量检验[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[3] 郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[4] 邬亚华.45#钢热处理状态对超声纵波声速的影响

[J].高新技术产业发展.

[5] 陈建忠，史耀武.低碳钢晶粒尺寸的超声无损评价技术[J].无损检测，2002.

（责任编辑：周 琼）

摘要：文章通过对脉冲反射式超声波测厚仪进行钢板测量时产生误差的各种因素：晶粒度、内应力、组织、耦合剂、表面状况、温度、内部缺陷等进行分析，提出了精确测量钢板厚度的方法。

关键词：超声波测厚仪；晶粒度；内应力；耦合剂

中图分类号：TQ050 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0052-03

在钢板厚度的验收过程中，由于千分尺和卡尺只能对钢板边部进行厚度测量，所以脉冲反射式超声波测厚仪成为每个验收单位用来测量钢板内部厚度的工具，供需双方就厚度公差测量数值的争论从未间断过，用户在钢板厚度的验收时经常提出，钢板内部厚度小于标准要求不予验收。下面就超声波测厚的工作原理、测量误差产生的原因进行分析，同时提出精确测量钢板厚度的方法。

1 工作原理

超声波测厚仪主要由主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分，由发射电路产生的高压冲击波激励探头，产生超声发射脉冲波，脉冲波经介质界面反射后被接收电路接收，通过单片机计数处理后，经液晶显示器显示厚度数值，它主要根据声波在试样中的传播速度乘以通过试样时间的一半而得到试样的厚度。纵波声速与铁素体含量和珠光体片层结构相关，铁素体含量高，珠光体片层尺寸小，纵波声速高。

分别采用油淬和水淬两种工艺处理的材料，其组织应力也不同，油淬形成的组织中马氏体含量较少，组织转变应力小，纵波速度高。根据资料推荐，超声纵波声速由大到小排序为油淬、退火、正火、水淬。

3.4 探头的影响

同样参数（频率、晶片直径）的探头，由于制作工艺的差异，性能也会不同，如探头中的频率、频谱不同时，会对探头声场产生影响。

3.5 探头磨损的影响

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，导致灵敏度降低，从而造成显示不准确。

3.6 耦合剂的影响

耦合剂是用来排除探头和被检物体之间的空气，使超声波能有效地进入被检测物达到被检测的目的，如果选择的种类或使用方法不当，将会造成测量误差。

3.7 施加力的影响

超声波测厚时，在探头和被检测的工件之间，要施加一层耦合剂，当测量时用力不均，会使耦合层的厚度有一定的影响，从而造成示值差异。用力较大，耦合效果好，耦合层厚度较薄，示值厚度就小。

3.8 钢板温度的影响

根据资料推荐，在-20℃～120℃范围内，钢中纵波声速随着温度的上升而下降。

3.9 钢板表面的影响

钢板表面的灰尘、氧化皮、锈蚀、污垢和油漆等覆盖物以及表面平整度和粗糙度都会造成耦合不良，对测厚造成影响。

3.10 材料内部缺陷的影响

当材料内部有严重的偏析、夹杂、分层、裂纹、白点等缺陷时，会造成声速显示值改变。

综上所述，影响脉冲反射式超声测厚的测量精度的因素有很多，怎样才能减少这些不良因素，精确测量被检物的厚度，是减少供需双方争议的必要措施，下面就具体的测量方法作进一步的介绍。

4 测量步骤

4.1 钢板被检部位的表面处理

清除钢板所需检测部位表面的灰尘、污垢、氧化皮、锈蚀物、油漆等覆盖物，对于粗糙表面可以用400#砂纸打磨以露出金属光泽

4.2 对比试块的制作

4.2.1 对比试块的选择。对比试块材料质量的关键是它的声学特性必须与被检工件基本一致，即材料的晶粒度、热处理状态、物理性能、化学成分等均需与被检件一致。为此选用被检测的钢板本体来制作对比试块，以保证试块和被检钢板两种材料的声学性能一致。

4.2.4 探头的选择。根据工件厚度和精度要求来选择探头，工件较薄时选用频率较高的双晶探头或带延迟块的探头，工件较厚时选用频率较低的单晶探头，尽量选用宽带探头。

4.2.5 探头的表面检查。检查探头表面是否平整，如有影响测量精度的磨损，必须对探头用500#金相砂纸打磨，使其表面平滑并保证平行度，否则更换新的探头。

4.2.6 测厚仪零点的校准。将声速调整到5900m/s后按ZERO键，进入校准状态，在随机试块上涂耦合剂，将探头和随机试块耦合，直到屏幕显示试块厚度示值为4.00mm，即校准完毕。

4.2.7 测量钢板的声速。

（1）将探头与对比试块中央的千分尺测量部位耦合，显示出厚度值，然后将探头转动90度，使探头串音隔声板与前一次垂直，再次测量试块厚度，以2次测量中数值小的作为试块的厚度。如2次测量示值分别为24.88mm和24.90mm，则以第1次的24.88mm作为此区域的厚度值，检测时探头要放置平稳，压力要适当。

4.2.8 钢板实际厚度的测量。在此声速条件下，对钢板表面已清理的被检测部位进行测量记录，每个测厚位置在相互垂直的方向各测量1次，厚度以小的值为准。

5 钢板厚度的验收

钢板的所有测试点检测完毕后，对数据进行整理，以数据最小的值作为此钢板的验收厚度，如符合订货标准要求则视为厚度合格。

6 结语

通过上述的检测方法，可以将影响脉冲反射式超声波测厚中，测量精度的各种不良因素降到最小，从而精确测量出钢板的实际厚度，消除供需双方对钢板厚度的争议，在实际工作中都取得了满意的结果。

参考文献

[1] 鄢国强.材料质量检测与分析技术[M].北京：中国计量出版社，2005.

[2] 刘天佑.钢材质量检验[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[3] 郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[4] 邬亚华.45#钢热处理状态对超声纵波声速的影响

[J].高新技术产业发展.

[5] 陈建忠，史耀武.低碳钢晶粒尺寸的超声无损评价技术[J].无损检测，2002.

（责任编辑：周 琼）

摘要：文章通过对脉冲反射式超声波测厚仪进行钢板测量时产生误差的各种因素：晶粒度、内应力、组织、耦合剂、表面状况、温度、内部缺陷等进行分析，提出了精确测量钢板厚度的方法。

关键词：超声波测厚仪；晶粒度；内应力；耦合剂

中图分类号：TQ050 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0052-03

在钢板厚度的验收过程中，由于千分尺和卡尺只能对钢板边部进行厚度测量，所以脉冲反射式超声波测厚仪成为每个验收单位用来测量钢板内部厚度的工具，供需双方就厚度公差测量数值的争论从未间断过，用户在钢板厚度的验收时经常提出，钢板内部厚度小于标准要求不予验收。下面就超声波测厚的工作原理、测量误差产生的原因进行分析，同时提出精确测量钢板厚度的方法。

1 工作原理

超声波测厚仪主要由主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分，由发射电路产生的高压冲击波激励探头，产生超声发射脉冲波，脉冲波经介质界面反射后被接收电路接收，通过单片机计数处理后，经液晶显示器显示厚度数值，它主要根据声波在试样中的传播速度乘以通过试样时间的一半而得到试样的厚度。纵波声速与铁素体含量和珠光体片层结构相关，铁素体含量高，珠光体片层尺寸小，纵波声速高。

分别采用油淬和水淬两种工艺处理的材料，其组织应力也不同，油淬形成的组织中马氏体含量较少，组织转变应力小，纵波速度高。根据资料推荐，超声纵波声速由大到小排序为油淬、退火、正火、水淬。

3.4 探头的影响

同样参数（频率、晶片直径）的探头，由于制作工艺的差异，性能也会不同，如探头中的频率、频谱不同时，会对探头声场产生影响。

3.5 探头磨损的影响

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，导致灵敏度降低，从而造成显示不准确。

3.6 耦合剂的影响

耦合剂是用来排除探头和被检物体之间的空气，使超声波能有效地进入被检测物达到被检测的目的，如果选择的种类或使用方法不当，将会造成测量误差。

3.7 施加力的影响

超声波测厚时，在探头和被检测的工件之间，要施加一层耦合剂，当测量时用力不均，会使耦合层的厚度有一定的影响，从而造成示值差异。用力较大，耦合效果好，耦合层厚度较薄，示值厚度就小。

3.8 钢板温度的影响

根据资料推荐，在-20℃～120℃范围内，钢中纵波声速随着温度的上升而下降。

3.9 钢板表面的影响

钢板表面的灰尘、氧化皮、锈蚀、污垢和油漆等覆盖物以及表面平整度和粗糙度都会造成耦合不良，对测厚造成影响。

3.10 材料内部缺陷的影响

当材料内部有严重的偏析、夹杂、分层、裂纹、白点等缺陷时，会造成声速显示值改变。

综上所述，影响脉冲反射式超声测厚的测量精度的因素有很多，怎样才能减少这些不良因素，精确测量被检物的厚度，是减少供需双方争议的必要措施，下面就具体的测量方法作进一步的介绍。

4 测量步骤

4.1 钢板被检部位的表面处理

清除钢板所需检测部位表面的灰尘、污垢、氧化皮、锈蚀物、油漆等覆盖物，对于粗糙表面可以用400#砂纸打磨以露出金属光泽

4.2 对比试块的制作

4.2.1 对比试块的选择。对比试块材料质量的关键是它的声学特性必须与被检工件基本一致，即材料的晶粒度、热处理状态、物理性能、化学成分等均需与被检件一致。为此选用被检测的钢板本体来制作对比试块，以保证试块和被检钢板两种材料的声学性能一致。

4.2.4 探头的选择。根据工件厚度和精度要求来选择探头，工件较薄时选用频率较高的双晶探头或带延迟块的探头，工件较厚时选用频率较低的单晶探头，尽量选用宽带探头。

4.2.5 探头的表面检查。检查探头表面是否平整，如有影响测量精度的磨损，必须对探头用500#金相砂纸打磨，使其表面平滑并保证平行度，否则更换新的探头。

4.2.6 测厚仪零点的校准。将声速调整到5900m/s后按ZERO键，进入校准状态，在随机试块上涂耦合剂，将探头和随机试块耦合，直到屏幕显示试块厚度示值为4.00mm，即校准完毕。

4.2.7 测量钢板的声速。

（1）将探头与对比试块中央的千分尺测量部位耦合，显示出厚度值，然后将探头转动90度，使探头串音隔声板与前一次垂直，再次测量试块厚度，以2次测量中数值小的作为试块的厚度。如2次测量示值分别为24.88mm和24.90mm，则以第1次的24.88mm作为此区域的厚度值，检测时探头要放置平稳，压力要适当。

4.2.8 钢板实际厚度的测量。在此声速条件下，对钢板表面已清理的被检测部位进行测量记录，每个测厚位置在相互垂直的方向各测量1次，厚度以小的值为准。

5 钢板厚度的验收

钢板的所有测试点检测完毕后，对数据进行整理，以数据最小的值作为此钢板的验收厚度，如符合订货标准要求则视为厚度合格。

6 结语

通过上述的检测方法，可以将影响脉冲反射式超声波测厚中，测量精度的各种不良因素降到最小，从而精确测量出钢板的实际厚度，消除供需双方对钢板厚度的争议，在实际工作中都取得了满意的结果。

参考文献

[1] 鄢国强.材料质量检测与分析技术[M].北京：中国计量出版社，2005.

[2] 刘天佑.钢材质量检验[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[3] 郑晖，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[4] 邬亚华.45#钢热处理状态对超声纵波声速的影响

[J].高新技术产业发展.

[5] 陈建忠，史耀武.低碳钢晶粒尺寸的超声无损评价技术[J].无损检测，2002.

（责任编辑：周 琼）