超声波测厚仪在检验中的测量误差及分析

（作者单位：蚌埠市特种设备监督检验中心）
超声波测厚仪在检验中的测量误差及分析
◎王恒吴陆军周传健
在用的特种设备，比如锅炉、压力容器等，如果在高压、高温等条件下运行时，会发生锈蚀或磨损。

因此，特种设备的壁厚会不断减小，所以定期对特种设备进行壁厚测量非常重要。

超声波测厚仪操作简单、携带方便、测量精度高，因此广泛应用于承压特种设备的检测。

一、超声波检测的工作原理
超声波测厚仪的原理很简单，就是利用测厚仪的探头发出超声波，通过耦合剂，超声波脉冲进入被测工件的内部，当超声波信号到达工件的底面时，部分脉冲被反射，接着探头接收到反射信号，然后通过测量超声波在工件中的传播时间就可以计算出工件的实际厚度。

计算公式如下：
H=v×t
2式中：
H－测量厚度；v－材料声速；
t－超声波在工件中往返一次所需要的时间。

然而，它只能测量出使超声波在其中
以恒定速度传播的材料的厚度。

如果不能符合这一条件，超声波测厚仪则无法精确测量该材料的厚度。

二、超声波测厚仪探头的选用
超声波测厚仪在现场检测时要选择正确的探头。

一般情况下现场检验采用直接接触式单晶直探头，这种型号的探头能准确测量出被测工件的厚度；也可以选择具有延迟功能的单晶直探头和双晶直探头。

探头的选择还必须根据被测对象的实际情况科学确定。

例如，测量高温壁厚时，应选择高温探头。

这是由于声速的大小会受工件运行时的温度影响，高温运行时工件的声速可能会变小，导致现场测量时显示的数值偏大。

因此检验时应选择正确的探头，可以减少测量误差。

三、超声波测厚仪的测量误差及如何避免
超声波测厚仪性能稳定，使用方便，便于携带。

如果在检验过程中由于工件本身的因素，或是不正确的操作，将会导致测量结果的不准确。

通常，当超声波的传播路径发生变化时，可能会引起折射或波型转换，甚至还会出现“增值”等其他变化，从而导致测量误差。

下面就影响超声波测厚仪测量误差的因素及避免进行分析。

1.被测工件的表面粗糙度大。

如果被测工件表面的粗糙度过大，测量时探头接触面跟被测工件表面就无法良好地耦合，导致探头接收到的反射回波信号差，也有可能接收不到回波信号。

若被测工件表面锈蚀了，可以通过挫、打磨、砂等
手段来降低粗糙度。

或是打磨掉被测工件
表面的氧化层以及漆层，显露工件本体的金属光泽，保证在耦合剂的作用下探头的接触面和被测工件表面可以良好耦合。

2.被测工件的曲率半径过小。

在测量被测工件时，若被测工件为小径管，此时由于其曲率半径过小，而常用测厚仪的探头接触面是平滑的，与被测工件表面接触时为线接触或点接触，无法良好地耦合，导致测量误差。

应该采用适合测量曲面材料厚度的小管径专用探头。

3.被测工件的表面与其底面不平行。

在测量被测工件时，测厚仪探头发出的超声波信号进入被测工件内部，到达被测工件底面时，若其底面与表面不平行，超声波就会被散射，那么探头就接收不到从底面反射回来的脉冲信号，导致测量误差。

在测量过程中，应保证被测工件的底面与被测表面平行，不然就不能获得较好的超声响应，从而造成测量误差，甚至根本没有读数。

4.探头的接触面磨损过大。

常用的探头表面成分是丙烯树脂，经过长期使用后，探头的接触面磨损严重，其粗糙度增大，导致测量的灵敏度减弱，造成测量误差。

应采用500#砂纸进行打磨，使得探头的接触面平滑，必要时应更换探头。

5.待测工件背面有许多腐蚀坑。

如果待测工件背面有锈斑或腐蚀坑，超声波在测量过程中会衰减，造成读数不规则变化，甚至没有读数。

测量时应选择适当的方法增加测量点数。

6.被测工件表面的温度。

固体材料的声速一般会随着温度的增加而减小。

根据试验数据显示，材料的温度每增大100℃，声速就降低1%。

检验高温运行的特种设备时应选择高温专用探头。

7.耦合剂的种类。

现场检验时，使用耦合剂很重要，可以保证探头的接触面和被测工件表面良好地耦合，使探头发出的信号顺利地进入被测工件内部，从而完成测厚。

如果耦合剂的种类或使用方法不正确，将导致测量误差，甚至无法测量。

应按照被测工件的用途选用适当的耦合剂。

例如，低粘度的耦合剂适用于测量表面光滑的工件；高粘度的耦合剂适用于测量表面粗糙的工件。

通常，测量时应该在被测工件的表面上均匀涂抹适量的耦合剂，但是在工件高温运行的情况下，耦合剂应该涂在探头上。

8.声速选择不正确。

在现场检验之前，要根据工件的材料类型预设其声速或根据标准试块测量声
速。

如果用一种材料（如钢）校正仪器，然
后直接就去测量另一种材料，会得到错误的测量结果。

测量前，必须正确识别材料，并选择合适的声速。

表1各种材料的声速
9.被测工件内部应力的影响。

被测工件大多数内部都有应力存在，应力会对声速有影响。

当应力跟声波方向相同时，压应力会使声速增大，而拉应力会导致声速减弱。

若应力和声波方向不同就会干扰声波传播过程中的质点振动轨迹，使声波传播方向发生偏移，造成测量误差。

10被测工件表面金属氧化物或油漆涂层的影响。

被测工件表面产生的致密氧化物或油漆涂层与基材紧密结合，没有明显的界面，但是两种物质中声波的速度不同，因此造成测量误差，并且测量误差的大小随表面覆盖层的厚度变化而变化。

四、超声波测厚仪的校正
使用超声波测厚仪进行厚度测量时，必须根据实际情况选择合适的测厚仪并进行校正，以保证测量数值的准确性。

为了获得准确的测量数值，测量时首先要校正仪器。

一般情况下，测厚仪的下限应选用厚度为下限的试块来校准，假如已经知道被测工件的声速，也可以直接调整声速值，再在测厚仪自带的试块上点击校正按钮，完成校正。

通常，附着在测厚仪上的试块的厚度相对较小。

若被测工件厚度与测厚仪上的试块厚度相差很大，此时应使用接近被测工件厚度之间的阶梯试块厚度的最大值和最小值分别进行校正，以保证测量结果的准确性。

五、结语
测厚是承压特种设备检验过程中一项很重要的环节。

特种设备长时间运行后，壁厚是否发生变化，需要用测厚仪现场测量的数据进行判断。

当检验过程中出现测量误差时，应根据特种设备的具体使用环境以及影响测量误差的各种因素进行仔细的检查和分析。

如有必要，可采用超声波探伤仪和金相检验，以获得相对客观真实的测量结果，确保特种设备安全、
稳定地使用。

·
·
. All Rights Reserved.。