Факторы, связанные с материалом
Ультразвуковые толщиномеры предназначены для высокоточных измерений толщины изделий из металлов пластика и прочих материалов. Однако такие факторы, как тип материала, оборудование, геометрия детали, а также навыки и внимание пользователя, могут повлиять на точность результатов измерений. Читайте дальше, чтобы узнать о факторах, влияющих на результаты ультразвуковых измерений.
Факторы, связанные с типом материала
Физические свойства исследуемого материала являются одним из факторов, влияющих на диапазон измерения и точность ультразвукового толщиномера. Сюда входят акустические и геометрические факторы.
1. Акустические характеристики исследуемого образца
Некоторые свойства, встречающиеся в конструкционных материалах, могут ограничивать точность и диапазон измерений толщины:
- Рассеяние звука: В таких материалах, как литая нержавеющая сталь, чугун, стекловолокно и композиты звуковая энергия рассеивается от границ отдельных зерен в литых изделиях, или на границах между волокнами и матрицей в стекловолокне и композитах. Пористость материала может привести к такому же эффекту. Отрегулируйте чувствительность толщиномера во избежание обнаружения ложных эхо-сигналов. Эта компенсация может ограничить способность толщиномера детектировать действительные, отражаемые от донной поверхности эхо-сигналы, тем самым сокращая диапазон измерения.
- Затухание звука или поглощение: Во многих полимерах, таких как пластик низкой плотности и резина, происходит быстрое затухание волн, применяющихся в ультразвуковых толщиномерах. Затухание сигнала увеличивается при повышении температуры. В этом случае величина максимальной измеряемой толщины зависит от затухания звука в материале.
- Изменение скорости звука: Ультразвуковые измерения толщины точны только в случае правильной калибровки скорости звука в материале. Некоторые материалы демонстрируют значительные колебания скорости звука в разных точках образца. Это происходит в некоторых литых металлах из-за изменения кристаллической решетки, вызванного неравномерным охлаждением. Стекловолокно может показывать локальные колебания скорости ультразвука в зависимости от изменения слоев смолы/нитей. В большинстве случаев, пластмасса и резина демонстрируют резкое изменение скорости звука при изменении температуры. Поэтому важно, чтобы калибровка прибора и замеры производились при одинаковых температурах.
- Обратная фаза или фазовое искажение: Фаза или полярность отраженного эхо-сигнала определяется относительным акустическим сопротивлением (плотность × скорость ультразвука) граничащих материалов. Ультразвуковой толщиномер производит расчет на основе типичной ситуации, когда образец окружен воздухом или жидкостью, обладающими меньшим акустическим сопротивлением, нежели металлы, керамика или пластик. Однако, в некоторых отдельных случаях, при измерении толщины стекла, толщины металлических изделий с внешней пластиковой изоляцией или толщины металлических изделий с медным плакирующим слоем, данная зависимость сопротивлений реверсируется и происходит фазовое искажение эхо-сигнала. Для обеспечения точности в данной ситуации, не забудьте изменить соответствующую полярность обнаружения эхо-сигнала. Еще более сложная ситуация может возникнуть с анизотропными или однородными материалами, такими как крупнозернистые литые металлы или некоторые композиты, где состояние материала приводит к появлению множественных УЗ-путей внутри площади излучения. В этих случаях фазовые искажения могут создавать эхо, которое нельзя отнести ни к негативному, ни к позитивному. Проведите эксперименты с использованием стандартных образцов для определения влияния на точность результатов измерения.
2. Физические свойства исследуемого материала
Необходимо учитывать размер, форму и качество поверхности образца для установки пределов диапазона измерения и точности.
- Неровная поверхность образца: Максимальная точность измерений достигается
при гладких контактной и донной поверхностях материала. На шероховатых
поверхностях минимальное значение толщины, которое может быть измерено,
увеличивается из-за переотражения звуковой волны в увеличившемся по толщине
слое контактной жидкости. Кроме того, шероховатая поверхность существенно
ухудшает акустический контакт и уменьшает амплитуду эхо-сигнала. Шероховатость
контактной и отражающей поверхностей может влиять на качество эхо-сигналов,
принимаемых датчиком, и, соответственно, на точность результатов.
При коррозионном мониторинге, рыхлая или чешуйчатая окалина, ржавчина, коррозия или грязь на внешней поверхности объекта контроля влияет на проникновение ультразвуковой волны от преобразователя в объект. Поэтому любые свободные частицы такого рода перед проведением измерений должны быть удалены с изделия проволочной щеткой. В принципе, можно проводить контроль корродированных объектов через тонкий слой ржавчины, если он гладкий и плотно прилегает к металлу. Для обеспечения плотного прилегания преобразователя к объекту контроля, очень грубые литые или корродированные поверхности следует обработать напильником или песком. Может также потребоваться удаление краски, если она нанесена толстым слоем или отслаивается от металла.
- Контроль криволинейных образцов: Данный фактор требует регулировки преобразователя по тестируемому образцу. При измерении на криволинейных поверхностях важно, чтобы преобразователь находился как можно ближе к центральной линии образца и как можно плотнее прилегал к поверхности. Для регулировки может быть использован подпружиненный V-образный держатель. Как правило, чем меньше радиус кривизны, тем меньше размер используемого преобразователя и тем критичнее становится выравнивание преобразователя. Для очень маленьких радиусов требуется иммерсионный подход. В некоторых случаях, полезен просмотр А-скана для оптимального выравнивания преобразователя. На искривленных поверхностях важно использовать минимальное количество контактной жидкости, необходимое для получения показаний. Избыток контактной жидкости между преобразователем и поверхностью материала образует прослойку, в которой преломляется звуковая волна и создаются помехи, оказывающие влияние на результаты измерений.
- Конусность или эксцентриситет: Если контактная поверхность образца или его противоположная сторона скошена или эксцентрична по отношению к другой, отраженный сигнал искажается по причине отклонения пути ультразвука по ширине луча. Уровень достоверности результатов снижается. Обычно, измеренная толщина представляет собой приблизительное интегрированное среднее значение изменяющейся толщины в диаметре луча. В случае существенного несовпадения измерение невозможно, поскольку отраженный луч формирует V-образный путь от преобразователя и не может быть принят. Этот эффект усиливается с увеличением толщины материала.
Факторы, связанные с навыками оператора
Калибровка: Точность любого ультразвукового измерения зависит от точности калибровки. Важно производить калибровку скорости звука и калибровку нуля (см. раздел 4) каждый раз при смене материала или преобразователя. Мы также рекомендуем проводить периодические проверки с образцами известной толщины, чтобы убедиться в правильном функционировании толщиномера.
- Центрирование луча: Всегда держите преобразователь ровно при измерениях на плоских поверхностях и перпендикулярно радиусу кривизны при измерениях на искривленной поверхности. При измерении на криволинейных поверхностях всегда держите преобразователь ближе к центральной линии образца. Несоосность вызовет искажение эхо-сигнала, и повлияет на точность измерения.
- Контактная жидкость: В режиме 1 измерения (с контактным преобразователем)
толщина слоя контактной жидкости учитывается при настройке параметра
компенсации нуля. Для достижения максимальной точности измерений методики
должны быть согласованы Используйте необходимое количество контактной
жидкости. Прикладывайте преобразователь к поверхности с умеренным нажимом.
Практика позволит определить уровень нажима для получения корректных
показаний. Не двигайте и не тяните преобразователь по шероховатой поверхности.
Обычно преобразователь с меньшим диаметром требует меньшей силы сцепления для
выдавливания лишней контактной жидкости, чем преобразователь с большим
диаметром. Во всех режимах качание преобразователя приводит к искажению
эхо-сигналов и неточности считывания данных.
Для коррозионного мониторинга на трубах малого диаметра, удерживайте преобразователь так, чтобы акустический экран, видимый на рабочей поверхности преобразователя, располагался перпендикулярно к центральной оси трубы, как показано ниже.
Факторы, связанные с оборудованием
Поскольку факторы конструкции прибора, такие как частота дискретизации цифрового сигнала, определяют пределы диапазона и точности ультразвукового толщиномера, достоверность и диапазон измерений в конечном итоге определяются комбинацией толщиномера, преобразователя и настройки, а также факторами, связанными с материалом. Для получения информации о типичных материалах и диапазонах толщин, измеряемых ультразвуковым толщиномером с использованием соответствующих преобразователей и настроек, см. Раздел 9.0 Приложения — Таблицы диапазонов преобразователей.
Обычно прецизионные толщиномеры, используемые с одноэлементными преобразователями, имеют более высокую присущую точность, чем коррозионные толщиномеры с раздельно-совмещенными ПЭП.
