CN113108731A - 一种利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，包括以下步骤：1)在待测工件的平整部位确定两个端面，端面距离超声表面波换能器前沿的距离分别为l₁和l₂,计算Δl＝l₁‑l₂，l₁>l₂；2)分别测量超声表面波到达两个反射端面的时间t₁及t₂，计算Δt₁＝t₁‑t₂；3)在待测工件上放置超声表面波换能器，测量超声表面波到达待测部位厚度方向两侧端角的时间t₃及t₄，t₃>t₄，计算Δt₂＝t₃‑t₄，得待测部位的厚度δ＝Δl·Δt₂/Δt₁，该方法能够准确测量工件的边缘厚度。

Description

一种利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法

技术领域

本发明涉及一种测量厚度的方法，涉及一种利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法。

背景技术

超声波测厚广泛应用于各类材料的基本形状和产品以及精加工部件的厚度测量，也可测量由腐蚀和磨损引起的运行中设备壁厚的减薄。目前部件的壁厚测量主要依据GB/T11344-2008《接触式超声脉冲回波法测厚方法》，多数情况下，特别是电力行业中，普遍使用纵波法进行壁厚测量，在被检件表面利用超声波换能器发射超声纵波穿过待测部位并接收底面回波，超声波换能器不需要接触底面。该方法在一般只外露一面的部件(如管道、容器等)的壁厚测量中具有明显优势，同时具有只测量超声波换能器覆盖区域及其附近小范围内壁厚的特点。该标准要求校准试块有已知的声速或与被检件相同的材料的声速，并且还要求在被测厚度范围内有精确的厚度测量值，对校准试块的要求较高。

另外一种测厚方法是纵波共振法测厚，该方法用频率在一定范围内连续变化的正弦波穿过待测试件，当穿过部件厚度为半波长的整数倍时，在试件内形成驻波，产生共振，依据相邻共振频率差和纵波声速计算得出试件厚度。该方法要求待测部位相对两面光滑且互相平行，且当工件厚度变换超过半波长时，较薄部位的n次共振频率可能与较厚部位的(n+1)次共振频率重合，导致共振法测厚仪测量的并非相邻共振频率差，进而出现测量结果错误的情况。

以上常用测厚方法具有纵波穿过工件、超声波换能器与待测部位直接接触的特点，测厚工作中往往会存在待测部位空间受限或测量人员不便于到达的情况。超声表面波能够在固体介质表面两倍波长深度范围内传播一定距离，并且在遇到直角边缘时会发生一部分反射和另一部分继续沿厚度方向传播到达底面被反射的现象，因此可以利用其以上特点，在不接触工件边缘的情况下，使超声表面波到达工件边缘进行厚度测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，该方法能够准确测量工件的边缘厚度。

为达到上述目的，本发明所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法包括以下步骤：

1)在待测工件的平整部位确定两个端面，端面距离超声表面波换能器前沿的距离分别为l₁和l₂,计算Δl＝l₁-l₂，l₁>l₂；

2)分别测量超声表面波到达两个反射端面的时间t₁及t₂，计算Δt₁＝t₁-t₂；

3)在待测工件上放置超声表面波换能器，测量超声表面波到达待测部位厚度方向两侧端角的时间t₃及t₄，t₃>t₄，计算Δt₂＝t₃-t₄，得待测部位的厚度δ＝Δl·Δt₂/Δt₁。

超声表面波换能器的数量为1个，超声表面波换能器中的晶片数量为1个，超声表面波换能器的频率为0.5～10MHz。

待测工件的厚度大于等于所用超声表面波波长的2倍。

选取超声回波的波峰或前沿所在的时间作为该回波的传播时间。

待测厚度的端面与超声表面波进入待测端面前所在的平面相互垂直。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法在具体操作时，利用超声表面波测量工件边缘厚度，具体的，在待测工件的平整部位找到距离超声表面波换能器前沿分别为l₁和l₂的反射端面，分别测量超声表面波到达两个反射端面的时间t₁和t₂，计算Δt₁＝t₁-t₂，在待测工件上放置超声表面波换能器，测量超声表面波到达待测部位厚度方向两侧端角的时间t₃和t₄，并计算Δt₂＝t₃-t₄，再以此计算待测部位的厚度δ＝Δl·Δt₂/Δt₁，操作简单，实用性强，精度高，时效性较强，可作为壁厚定点监测、边缘厚度扫查等用途，效率高。本发明可以测量空间受限部位、难以靠近部位、非均匀壁厚工件等的边缘壁厚，弥补常规超声纵波测量壁厚的不足。

附图说明

图1为本发明的测量过程超声表面波换能器放置位置示意图；

图2为测量过程波形示意图，图中所示左右两个回波分别为待测端面两侧端角的回波，传播时间分别为t₄和t₃。

其中，1为超声表面波换能器、2为待测工件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1及图2，本发明所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法包括以下步骤：

1)在待测工件的平整部位确定两个端面，端面距离超声表面波换能器前沿的距离分别为l₁和l₂,计算Δl＝l₁-l₂，l₁>l₂；

2)分别测量超声表面波到达两个反射端面的时间t₁及t₂，计算Δt₁＝t₁-t₂；

3)在待测工件上放置超声表面波换能器，测量超声表面波到达待测部位厚度方向两侧端角的时间t₃及t₄，t₃>t₄，计算Δt₂＝t₃-t₄，得待测部位的厚度δ＝Δl·Δt₂/Δt₁。

超声表面波换能器1的数量为1个，超声表面波换能器1中的晶片数量为1个，超声表面波换能器1的频率为0.5～10MHz，可在工件表面产生超声表面波，根据待检部位距离超声表面波换能器1的距离和壁厚测量的精度需求选择合适的传感器频率。

距离超声表面波换能器1前沿分别为l₁和l₂的反射端面中为l₁和l₂已知或其差值Δl＝l₁-l₂已知。

待测工件2的厚度大于等于所用超声表面波波长的2倍。

选取超声回波的波峰或前沿所在的时间作为该回波的传播时间。

待测厚度的端面与超声表面波进入待测端面前所在的平面相互垂直。

在实际操作时，本发明可以在距离部件边缘一定距离的条件下测量其边缘厚度，对于复杂形状的边缘可引入平滑过渡段使超声表面波传播至工件边缘即可测量。同时能够对超声回波相同位置进行标定测量，获取的壁厚数据更加精确，操作简单，效率高，实用性强、精度高，可作为壁厚定点监测、边缘厚度扫查等用途。

Claims (8)

1.一种利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在待测工件(2)的平整部位确定两个端面，端面距离超声表面波换能器(1)前沿的距离分别为l₁和l₂,计算Δl＝l₁-l₂，l₁>l₂；

2)分别测量超声表面波到达两个反射端面的时间t₁及t₂，计算Δt₁＝t₁-t₂；

3)在待测工件(2)上放置超声表面波换能器，测量超声表面波到达待测部位厚度方向两侧端角的时间t₃及t₄，t₃>t₄，计算Δt₂＝t₃-t₄，得待测部位的厚度δ＝Δl·Δt₂/Δt₁。

2.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，超声表面波换能器(1)的数量为1个。

3.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，超声表面波换能器(1)中的晶片数量为1个。

4.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，超声表面波换能器(1)的频率为0.5～10MHz。

5.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，待测工件(2)的厚度大于等于所用超声表面波波长的2倍。

6.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，选取超声回波的波峰或前沿所在的时间作为该回波的传播时间。

7.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，待测厚度的端面与超声表面波进入待测端面前所在的平面相互垂直。

8.根据权利要求1所述的利用超声表面波测量工件边缘厚度的方法，其特征在于，根据待检部位距离超声表面波换能器(1)的距离和壁厚测量的精度需求选择传感器频率。

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