超声波测厚仪精确测量钢板厚度的方法.docx

超声波测厚仪精确测量钢板厚度的方法杜裕平（南京钢铁集团有限公司，江苏 南京 210000）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（通常低 于0.10.3mm），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。首先用数显千分尺分别对JB/T4730.2005 CBI/20阶梯试块的每个阶梯平台进行测量。测量结果如表1所示；再 用TT130型超声波测厚仪，5P10的探头、将声速调至5900m/s一档，对随机4mm试块进行测量校准，当屏幕显示 值为4.00mm，校准完毕。然后对阶梯试块上的每个阶梯平 台进行测量，测量结果如表1所示。从表1中可以看出，同一标准试块，采用千分尺测量 和超声波测厚仪测量的数据存在偏差，在厚度较小时偏 差较小，检测厚度为22mm位置时，偏差达到0.148mm， 这将影响到产品的质量验收等级，如Q345B规格为22mm 厚的钢板，如果按A类公差标准进行生产，实际生产厚度 为21.22，属于合格产品，如果用此测厚仪测量，就只有21.22-0.148=21.07mm，测厚仪显示为21.1mm，就不符合国 家标准，用户就会提出质量异议。实际工作中，在常温下对厚度40mm的钢板测量时， 由于仪器、探头接触面、探头频率、耦合剂、钢板的材 质、热处理状态等因素的影响，会产生0.30mm的误差。 随着厚度的增加以及温度的升高误差将更大，下面就误差 产生的原因进行简单分析。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。如下式所示：H=式中：H测量厚度 V材料声速 T超声波在试件中往返一次的传播时间。3 误差影响因素3.1 晶粒度的影响标准试块通常是用材质为20#碳素结构钢经正火处理后 加工而成，组织均匀一致，晶粒度6级。而钢板的材质多 种多样，热处理状况也各不相同，这就使得其晶粒度和标 准试块也不相同，资料推荐，同种材料声速随晶粒尺寸的 增大而增加。3.2 内应力的影响依照非线性声学理论，有应力的超声纵波声速表达式为：2 试块厚度测量利用TT130智能化超声波测厚仪和三丰数显千分尺分 别对JB/T4730.2005 CBI/20阶梯试块（图1）测量。图1 JB/T4730.2005 CBI/20阶梯试块表1阶梯试块测量厚度值（单位：mm）阶梯厚度理论值346810141822千分尺测量值超声测厚仪测量值 测量偏差值3.0012.960.0414.0023.960.0425.9975.940.0477.9987.920.0789.9989.910.08813.99813.900.09817.99617.860.13621.99821.850.148524 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，区域大小约为3030mm。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。4.2.2 对比试块的制作。在距被检钢板边部10mm的无 缺陷处平整区域，按测量步骤4.1的要求，对钢板的上下相 对位置的表面进行处理，面积约为3050mm。使用千分尺 对此区域内的4个角部位置及中心位置分别测量钢板厚度， 对结果进行记录，对比5次测量的结果，如测量值的误差在0.002mm以内，就认为此区域的钢板平整度满足测厚试块 制作要求，将此区域的钢板作为脉冲反射式超声波测厚的 对比试。4.2.3 试块厚度测量。用经过计量校正合格的千分 尺，在3050mm对比试块的中心部位测量3次，取3次的 平均值作为此位置的测量值。以轧制规格为25mm厚的钢 板为例，如实际的测量值H分别为24.982mm、24.983mm、24.984mm，则3次平均值24.983mm为钢板的厚度。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。（2）用微调按钮或 对厚度示值进行微调，将屏幕 示值为调整为千分尺测量的平均值24.98mm（小数点后第3 位4舍5入），按VEL键显示被测钢板声速为5924m/s。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。式中：C有应力作用超声波纵波声速 CL无应力作用无限大介质超声波纵波声速 应力0介质密度 、拉曼常数 J、m三阶弹性常数从上式中可以看出，超声波纵波声速和应力大小有 关，应力大小增加，超声纵波声速降低。3.3 组织的影响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-20120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。3.11 测量精度误差仪器固有的测量误差：试块厚度20mm时，声速测量 精度为1mm/H100%；试块厚度20mm时，声速精度 为5%。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。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53NO.13.2013( CumulativetyNO.256 )2013年第13期（总第256期）高压同步电动机励磁装置故障探讨许骏宏（山西阳煤丰喜临猗分公司，山西 运城 044100）摘要：文章通过对高压同步电动机励磁装置的工作原理的分析，对装置在工作中会出现的故障进行了深度剖析，并结合多年工作经验，提出了合理有效的改进措施，在方便读者准确识别故障类型的同时还能够进行有 效的维修工作。关键词：高压同步；电动机；励磁装置；故障探析中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）13-0054-02励磁装置在高压同步电动机中发挥着不可小觑的作用，它将直接影响高压同步电动机的运行状况。通过实践 可以证明，多数情况下高压同步电动机发生故障都是由励 磁装置的故障引起的，而非电动机自身问题。基于励磁装 置在高压同步电动机中不可置疑的重要作用，本文将会就 励磁装置会出现的故障进行分类讨论，并给出相应的解决 方案，以期能够对读者有所帮助。的可控硅发生异常而引起的。1.2 解决方案由以上分析我们已经清楚，发生这一故障的原因可归 结为：灭磁可控硅击穿；稳压管击穿；灭磁可控硅出发 端的电压升高。出现这种故障时，我们首先要调节灭磁系 统中的触发电压，如若故障仍未消除，应使同步电动机停 止运行，仔细检查灭磁晶闸管是否正常运行，是否被击 穿。在正常运行时，灭磁电阻是基本无电流通过的，当灭 磁晶闸管被击穿时，灭磁线会接入回路，因有电流经过， 导致该电阻严重发热，同时电流流过还会形成励磁电压骤 降。此时，电压表测量的电压非电磁绕组电压。在此状况 下，是需要更换晶闸管之后，高压同步电动机才会正常运 行的。1 励磁电压骤降电动机在运行一段时间后，励磁电压骤降，以致几乎 为零，此时定子电流上升、灭磁电阻发热严重，同时防护 警报发出响声，同步电动机的运行严重受阻。但是在检查 中又会发现灭磁可控硅、线路、二极管、灭磁电阻等均无 异常，投励失败，短时间内停机。1.1 故障分析从以上现象来看，出现电磁电压骤然波动通常是因为 灭磁系统出现故障。高压同步电动机在启动及停机过程中 灭磁系统的作用是吸收励磁绕组中感应交变的高电压，用 以对电动机本身和励磁装置起到保护作用，以免被击穿。 在此环节发生事故，是会导致人身伤害的，严重程度可想 而知。同时励磁电压会急速波动，灭磁电阻也会严重发 热。由以上分析可发现，发生这一故障的原因为灭磁回路2 励磁无法正常投励业内人士都清楚，在励磁开关处于“调定”位置上 时，并且励磁回路仪表上的各项显示均正常时，是应正常 启动投励的，但也不免有异常情况发生，如启动时无法按 时投励，从而电动机保护条件反射式地进行保护动作，因 其启动失败。2.1故障分析自动投励环节在整个高压同步电动机的励磁过程中都求则视为厚度合格。2刘天佑钢材质量检验M北京：冶金工业出版社