Ультразвуковой толщиномер: особенности, назначение и настройка прибора

Ультразвуковой толщиномер — это прибор для измерения толщины материала с помощью ультразвуковых волн. Он определяет толщину стенки по времени прохождения ультразвукового сигнала через объект контроля и его отражения от противоположной поверхности.

Прибор применяют для контроля металлических и других изделий без их повреждения, например, трубопроводов, резервуаров, металлоконструкций и оборудования.

Какие задачи выполняет ультразвуковой толщиномер

Прибор используют, чтобы контролировать толщину материала без разрушения объекта.

Толщиномер помогает:

• измерять фактическую и остаточную толщину стенки;
• обнаруживать недопустимое утонение;
• контролировать изменения толщины при коррозии;
• оценивать степень износа;
• проверять соответствие толщины материала заданным значениям при входном и выходном контроле;
• получать данные для оценки прочности конструкции;
• определять толщину отдельных покрытий в подходящем режиме измерения.

Как работает прибор

Ультразвуковой толщиномер определяет толщину стенки по времени прохождения ультразвукового сигнала через материал. Преобразователь вводит в объект короткий импульс, а прибор регистрирует его прохождение и отражение от противоположной поверхности. На основании полученного времени и известной скорости ультразвука в материале прибор рассчитывает толщину стенки.

В зависимости от конструкции прибора и иных условий измерение может выполняться одним из четырех основных способов:

1. Однократный эхо-метод. Прибор определяет время прохождения донного эхо-сигнала. При расчете учитывается задержка, связанная с протектором преобразователя и контактной средой.
2. Однократный эхо-метод с линией задержки. Отсчет начинается от конца линии задержки преобразователя до первого сигнала, отраженного от донной поверхности объекта.
3. Многократный эхо-метод. Толщина определяется по промежутку времени между последовательными донными эхо-сигналами. Такой принцип позволяет получать результат по повторным прохождениям ультразвуковой волны через стенку.
4. Теневой метод. Прибор измеряет время прохождения ультразвукового импульса от излучателя к приемнику при контакте преобразователя с донной поверхностью контрольного образца.

Выбор метода зависит от: толщины материала, степени затухания ультразвука, состояния поверхности, наличия покрытия, температуры объекта, радиуса его кривизны и доступности участка для измерения.

Какие бывают виды ультразвуковых толщиномеров

Толщиномеры классифицируются по нескольким параметрам.

По способу проведения измерений:

• Портативные — предназначены для ручного контроля. Оператор самостоятельно устанавливает преобразователь на объекте и выполняет измерения. Такие приборы используют как в цехах, так и на объектах.
• Автоматизированные — работают в составе стационарных систем. С их помощью выполняют последовательный или непрерывный контроль. Например, при производстве труб, листового проката и другой металлопродукции.

По назначению толщиномеры бывают:

• Общего назначения — подходят для различных объектов и типовых задач.
• Специализированные — рассчитаны на определенные условия или узкие задачи контроля.

По условиям работы с поверхностью различаются по возможности контроля объектов с разной шероховатостью. Возможность работы с грубыми, корродированными или эродированными поверхностями зависит от характеристик используемого преобразователя.

По диапазону измерений приборы отличаются допустимой толщиной контролируемого материала. Диапазон определяется не только электронным блоком, но и установленным преобразователем (ПЭП). Поэтому для тонкостенных и толстостенных объектов могут потребоваться разные сочетания прибора и ПЭП.

По способу представления результатов выделяют ультразвуковые толщиномеры с:

• Цифровым отображением — на экране показывается числовое значение толщины.
• А-сканом — оператор видит форму и положение ультразвуковых сигналов, что помогает контролировать правильность измерения.
• В-сканом — формируется изображение профиля контролируемой поверхности, благодаря чему проще оценивать изменение толщины и зоны утонения.

По дискретности показаний приборы могут отображать результат с шагом 0,1, 0,01 или 0,001 мм. При этом дискретность нельзя отождествлять с погрешностью измерения: фактическая погрешность определяется характеристиками прибора, диапазоном измерений и требованиями нормативной документации.

По типу преобразователей различают оборудование, работающее с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), приборами с электромагнитно-акустическими преобразователями (ЭМАП), а также модели, поддерживающие оба типа датчиков. ПЭП требуют подготовки поверхности и использования контактной жидкости, тогда как ЭМАП позволяют проводить контроль без этих операций.

Как делают поверку ультразвукового толщиномера?

Поверку проводят, чтобы подтвердить, что прибор соответствует установленным метрологическим требованиям и обеспечивает допустимую погрешность измерений. Для этого толщиномер передают в аккредитованный метрологический центр.

Процедура включает несколько этапов:

1.  Внешний осмотр. Проверяют маркировку прибора и преобразователей, состояние корпуса, разъемов, кабелей, клейм и отсутствие механических повреждений.

2.  Опробование. На эталонных мерах толщины выполняют контрольные измерения. Их подбирают с учетом рабочего диапазона прибора. На этом этапе проверяют, можно ли настроить толщиномер на нормированную скорость ультразвука.

3.  Определение основной абсолютной погрешности. Измерения проводят во всех заявленных диапазонах и с каждым работоспособным преобразователем, входящим в комплект.

4.  Определение погрешности при воздействии влияющих величин. Проверяют, насколько результаты измерений зависят от факторов, способных повлиять на работу прибора.

При поверке используют не только меры толщины из стали или алюминия, но и меры радиуса кривизны, шероховатости, диаметра искусственного отражателя и непараллельности поверхностей.

По результатам оформляют протокол. Для исправного прибора выдают свидетельство о поверке и наносят на электронный блок клеймо. Если толщиномер поверку не проходит, выдают извещение о непригодности. После этого прибор направляют на ремонт либо выводят из эксплуатации.

Как пользоваться ручным ультразвуковым толщиномером?

1. Подготовить прибор и объект контроля

Перед началом работы проверяют заряд прибора, подбирают подходящий ПЭП, кабель и контактную жидкость. При необходимости поверхность в местах измерений очищают от загрязнений.

Количество и расположение контрольных точек, способ измерения и порядок проведения контроля определяют заранее в соответствии с технологической картой. При этом учитывают толщину стенки, состояние поверхности, материал объекта, его кривизну и другие условия контроля.

2. Настроить ультразвуковой толщиномер

Перед измерениями выбирают метод контроля, единицу измерения и необходимую дискретность показаний. Затем на юстировочном образце устанавливают нулевую точку и задают скорость распространения ультразвука в материале объекта.

В зависимости от условий может потребоваться одно- или двухточечная калибровка скорости. Использование только справочного значения скорости ультразвука для материала не всегда позволяет получить минимальную погрешность.

3. Выполнить измерения

На подготовленную поверхность наносят контактную жидкость и устанавливают ПЭП. После появления устойчивого акустического контакта прибор определяет толщину стенки по выбранному методу.

В каждой контрольной точке обычно выполняют несколько замеров. Конкретный порядок обработки результатов устанавливает нормативная документация или технологическая карта: может использоваться среднее значение либо фиксироваться минимальный результат.

При необходимости данные сохраняют во внутренней памяти прибора и привязывают к определенным точкам на чертеже или эскизе объекта.

4. Оформить результаты

По окончании контроля результаты заносят в протокол, акт или заключение. В документе указывают сведения о специалисте, приборе и его серийном номере, примененном методе, настройках и условиях проведения измерений.

Также фиксируют характеристики объекта, состояние поверхности, использованную контактную среду и допустимые значения толщины. Результаты могут представляться в виде таблиц и диаграмм, а контрольные точки — отмечаться на чертежах или эскизах.

Как выбрать ультразвуковой толщиномер?

При выборе прибора прежде всего учитывают требования нормативной документации, по которой будет проводиться контроль. От нее зависят допустимая погрешность, метод измерения и другие характеристики оборудования.

Далее оценивают условия, в которых предстоит работать, и подбирают толщиномер с подходящими возможностями.

Диапазон измерений

Прибор должен обеспечивать контроль фактического диапазона толщин объекта. При этом учитывают не только характеристики электронного блока, но и возможности используемых ПЭП.

Метод измерения

Стоит проверить, какие режимы поддерживает прибор. Для обычного контроля достаточно измерения по первому донному эхо-сигналу. Если требуется измерять толщину через лакокрасочное покрытие, понадобится режим «эхо-эхо» или другие многократные эхо-режимы.

Способ отображения результатов

Базовые модели показывают толщину в виде числового значения. При сложных условиях контроля полезны А-скан и В-скан.

А-скан помогает контролировать форму и положение ультразвуковых сигналов и отличать рабочий сигнал от ложных отражений. В-скан дает графическое представление профиля объекта и удобен для оценки изменения толщины, например при коррозионном утонении.

Тип преобразователей

Нужно учитывать, с какими преобразователями работает прибор: совмещенными, раздельно-совмещенными ПЭП или ЭМАП. При использовании ПЭП потребуется подготовка поверхности и контактная жидкость. ЭМАП позволяют работать без этих операций, но стоят дороже.

Дискретность и погрешность

Не следует путать эти характеристики. Дискретность показывает шаг, с которым прибор отображает результат, например 0,1 или 0,01 мм. Погрешность характеризует отклонение результата измерения от действительного значения и может зависеть от диапазона измерений.

Дополнительные функции

Для регулярного промышленного контроля полезны:

• автоматическая сигнализация при выходе результата за заданные пределы;
• расчет остаточной толщины и ее изменения в процентах;
• автоматическое определение подключенного ПЭП;
• внутренняя память для хранения результатов;
• передача данных на компьютер;
• сохранение А- и В-разверток;
• удобная система калибровки и смены преобразователей.

Стоит проверить качество сервисной поддержки производителя. Для оборудования, которое регулярно проходит поверку и используется в промышленном контроле, доступность технической помощи и обслуживания имеет практическое значение..