Ультразвуковое измерение толщины

В области промышленного ультразвукового контроля ультразвуковое измерение толщины ( УТМ ) — это метод выполнения неразрушающего измерения (замера) локальной толщины твердого элемента (обычно изготовленного из металла, если используется ультразвуковой контроль в промышленных целях) на основе время, за которое ультразвуковая волна возвращается на поверхность. Этот тип измерения обычно выполняется с помощью ультразвукового толщиномера .

Было замечено, что ультразвуковые волны распространяются через металлы с постоянной скоростью, характерной для данного сплава, с небольшими изменениями из-за других факторов, таких как температура. Таким образом, зная эту информацию, называемую быстротой, можно вычислить длину пути, пройденного волной, по следующей формуле:

$l_{m}=ct/2$
где
$l_{m}$ толщина образца
$c$ - скорость звука в данном образце
$t$ это время прохождения

В формуле предусмотрено деление на два, поскольку обычно приборы излучают и записывают ультразвуковую волну на одной и той же стороне образца, используя тот факт, что она отражается от границы элемента. Таким образом, время соответствует двукратному обходу выборки.

Волна обычно излучается пьезоэлектрическим элементом или датчиком ЭМАП , встроенным в головку измерительного датчика , и этот же датчик используется для регистрации отраженной волны. Звуковая волна имеет сферическую форму распространения и подвергается различным явлениям, таким как многолучевое отражение или дифракция. Это не обязательно должно влиять на измерение, поскольку первый зарегистрированный отраженный сигнал обычно будет головкой излучаемой волны, проходящей на кратчайшем расстоянии, эквивалентном толщине образца. Все остальные результаты могут быть отброшены или обработаны с использованием более сложных стратегий.

Толщиномер

Ультразвуковой толщиномер — измерительный прибор для неразрушающего исследования толщины материала с помощью ультразвуковых волн .

Использование ультразвукового толщиномера для неразрушающего контроля для проверки свойств материалов, например измерения толщины, является обычным явлением во всех областях промышленных измерений. Возможность измерения толщины без необходимости доступа к обеим сторонам испытуемого образца открывает для этой технологии множество возможных применений. Для проверки пластмасс, стекла, керамики, металла и других материалов доступны толщиномеры краски, ультразвуковые толщиномеры покрытий, цифровые толщиномеры и многие другие устройства. Наряду с толщиной покрытия, он широко используется для измерения толщины стекла, дерева и пластика, а также служит основным испытательным оборудованием в коррозионной промышленности.

Прочный ультразвуковой толщиномер определяет толщину образца, измеряя время, необходимое звуку для прохождения от преобразователя через материал до задней части детали и обратно. Затем ультразвуковой толщиномер рассчитывает данные на основе скорости звука в испытуемом образце.

Первый ультразвуковой толщиномер был изготовлен в 1967 году Вернером Зобеком ; польский инженер из Катовице. Этот первый ультразвуковой толщиномер измерял скорость излучаемых им волн в конкретных тестовых образцах, а затем на основе этого измерения скорости рассчитывал толщину в микрометрах с помощью прикладного математического уравнения.

Существует два типа преобразователей, которые можно использовать в качестве ультразвукового толщиномера. Эти датчики представляют собой пьезоэлектрические датчики и датчики ЭМАП . Оба типа преобразователей при возбуждении излучают звуковые волны в материал. Обычно эти преобразователи используют заранее определенную частоту, однако некоторые толщиномеры допускают настройку частоты для проверки более широкого диапазона материалов. Стандартная частота, используемая ультразвуковым толщиномером, составляет 5 МГц.

Некоторые ультразвуковые толщиномеры покрытия требуют использования контактной жидкости в виде геля, пасты или жидкости для устранения зазоров между преобразователем и испытуемым образцом. Одним из распространенных контактных веществ является пропиленгликоль , но существует множество других вариантов, которыми можно заменить.

Сегодня на рынке представлено множество высокотехнологичных моделей. Современный цифровой толщиномер имеет возможность сохранять данные и выводить их на различные другие устройства регистрации данных. Дружественный интерфейс, а также сохраненные данные и настройки обеспечивают максимальное удобство для операторов. Это позволяет даже относительно начинающим пользователям получать экономичные и точные измерения.

Преимущества

• Неразрушающий метод
• Не требует доступа к обеим сторонам образца
• Может быть спроектирован для работы с покрытиями, футеровками и т. д.
• Хорошая точность (0,1 мм и менее) может быть достигнута с использованием стандартных методов синхронизации.
• Легко развертывается, не требует лабораторных условий
• Сравнительно дешевое оборудование
• ЭМАП не требует использования контактной жидкости.
• EMAT может проводить измерения толщины через коррозию и другие поверхностные покрытия на металлах.
• Нет необходимости снимать покрытие с металла.

Недостатки

• Обычно требуется калибровка для каждого материала
• Требуется хороший контакт с материалом.
• Невозможно провести измерение по ржавчине (не относится к EMAT)
• Требуется соединительный материал между измеряемой поверхностью и датчиком. (Не относится к EMAT)
• Устный перевод требует опыта

Типичное использование

UTM часто используется для контроля толщины металла или качества сварных швов в промышленных условиях, например в горнодобывающей промышленности. Специалисты по неразрушающему контролю, оснащенные портативными датчиками UTM, достигают стальной обшивки бортов, танков, палуб и надстройки. Они могут определить ее толщину, просто прикоснувшись к стали измерительной головкой (преобразователем). Контакт обычно обеспечивается путем сначала удаления видимых коррозионных отложений, а затем нанесения вазелина или другой контактной жидкости перед прижатием зонда к металлу. Однако при использовании UTM с электромагнитно-акустическим преобразователем использование контактной жидкости не требуется. Эти методы испытаний используются для проверки металла с целью определения качества и безопасности без разрушения или нарушения его целостности. Это требование многих классификационных обществ.

Методы и технологии, связанные с UTM, тесно связаны с использованием ультразвука в других контекстах, таких как различные другие промышленные ультразвуковые измерения , а также медицинское ультразвуковое исследование и для доклинической визуализации микроультразвук . Технология UTM в сочетании с беспроводной передачей данных сейчас используется некоторыми компаниями для мониторинга толщины металлов в передаточных желобах в реальном времени.

Классификационные требования к освидетельствованиям корпуса UTM

Классификационные общества имеют подробные требования к измерению толщины корпусных конструкций. Эти требования во многом зависят от типа, возраста и длины судна. Ко всем классификациям членов МАКО предъявляются схожие требования, поскольку они должны соответствовать руководящим принципам МАКО. Допустимая толщина убавления зависит от строительных правил каждой классификации. Также в зависимости от типа общества запрашивают одного или двух операторов. Операторы UTM должны иметь сертификат уровня II по СНТ-ТС-1А. или аналогичный стандарт. Также компания, выполняющая ультразвуковое толщинометрическое обследование, должна быть утверждена по той классификации, под которой зарегистрировано судно. Классификационное общество проверяет документированные процедуры компании UTM и проверяет их на борту с целью выдачи сертификата одобрения. Наконец, используемое оборудование должно иметь одобрение типа в соответствии с классификациями.