Ультразвуковая толщинометрия

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Одним из акустических методов неразрушающего контроля является ультразвуковая толщинометрия. Возможности ультразвукового метода позволяют с высокой точностью измерить толщину объекта без каких либо разрушений. При использовании этого метода исключаются традиционные погрешности, а также погрешности, обусловленные объемным распределением электромагнито-динамических сил в поверхностном слое объекта контроля. Своевременное и плановое устранение разрушающихся участков трубопроводов позволит сэкономить на ремонте в чрезвычайных обстоятельствах.

Ультразвуковые толщиномеры измеряют время прохождения ультразвукового импульса от излучателя до противоположной поверхности объекта контроля и обратно к преобразователю. Для проведения таких измерений доступ к противоположной поверхности объекта контроля не требуется. Благодаря этому, если противоположная поверхность объекта контроля является труднодоступной или полностью недоступной, необходимость разрезать объект контроля (что требуется при использовании микрометра или штангенциркуля) отсутствует. Многие современные ультразвуковые толщиномеры оснащены сложными системами регистрации и передачи данных, обеспечивающими сопряжение толщиномеров с компьютерными базами данных.

С помощью ультразвуковых толщиномеров может быть измерена толщина изделий из большинства конструкционных материалов, таких как металлы, пластики, керамика, композиты, эпоксидная смола и стекло, а также толщина слоя жидкости или биологических образцов.

В данной курсовой работе был рассмотрен ультразвуковой толщиномер А1208, а именно: назначение и область применения, принцип действия и основные его характеристики.

 

 

 

1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ  ДАННЫХ

 

1.1 Ультразвуковая толщинометрия

 

 Одним из акустических  методов неразрушающего контроля  является ультразвуковая толщинометрия. Данная методика основана на  электромагнитно-акустическом способе посылки и приёма ультразвуковых колебаний, что позволяет с высоким уровнем точности определить толщину измеряемого объекта, не нанося ему при этом каких-либо повреждений.

Толщинометрия – высокоточный метод исследования, исключающий традиционные погрешности. Благодаря своевременно проведённым исследованиям вы сможете заранее устранить наиболее опасные участки трубопровода, тем самым избежав аварийных ситуаций.[2]

 При эксплуатации и  ремонте оборудования часто возникает  необходимость определить толщину стенки оборудования, измерить размеры отдельных деталей, определить толщину биметаллических наплавок, измерить остаточную толщину стенки изделия, подверженного износу вследствие особенностей технологического процесса и эксплуатации. К таким деталям обычно относятся трубы и фитинги, стенки сосудов и оболочки аппаратов, штампованные днища, изделия сложной конфигурации и пр.

 Однако конструктивные  особенности этих деталей не  всегда позволяют измерить их  обычными способами. Достаточно  часто доступ к внутренней  стороне изделия бывает затруднен или невозможен. Кроме того, порой возникает необходимость в определении размеров деталей без их демонтажа из узлов оборудования (шпильки, фланцы, оболочки аппаратов и др.). В этих случаях весьма эффективным методом контроля толщины является ультразвуковая толщинометрия.

 Основными преимуществами  ультразвуковой толщинометрии являются  большая производительность и  высокая точность измерений в  широком диапазоне толщин, возможность контроля изделий из различных металлических и неметаллических материалов. Основой методики является пьезоэлектроакустический способ, при котором пьезоэлектрический преобразователь посылает в изделие и последующем принимает отраженные от донной поверхности ультразвуковые колебания, считывает время на прохождение данного расстояния и обрабатывает полученные данные. Это позволяет достаточно точно определять толщину измеряемого объекта, не нанося ему при этом никакого вреда.

 При измерении толщины  стенок на реальном изделии  необходимо иметь в виду, что  точность измерений зависит от  следующих факторов:

• поверхности стенок изделия могут быть непараллельны;
• шероховатость внешней и внутренней поверхностей может быть различной;
• металл изделия может иметь структурные неоднородности, несплошности и другие металлургические дефекты.

Точность измерений также зависит от качества акустического контакта, определяемого равномерностью усилия прижатия датчика.

Для данного вида акустических исследований используется портативный толщиномер.[1]

 

1.2 Толщиномер

 

Толщиномер — это измерительный прибор, позволяющий с высокой точностью измерить толщину слоя покрытия металла (такого как краска, лак, грунт, шпатлёвка, ржавчина, толщину основной стенки металла, пластмасс, стекла, а также других неметаллических соединений, покрывающих металл). Данный прибор обладает широкими возможностями для проведения замеров и сбора данных с возможностью их вывода на ПК для последующей обработки.

Современные тощиномеры позволяют измерить толщину покрытия без нарушения его целостности.

 

 

1.2.1 Сфера применения

 

Применяется в автомобильной, судостроительной промышленности для контроля качества лакокрасочного покрытия транспортных средств, в ремонтных работах, для определения состояния кузова или обшивки по результатам эксплуатации.

В строительстве применяется для определения толщины покрытия металла, имеющего в своем составе противопожарные, антикоррозийные и другие виды компонентов, используемые при создании конструкций зданий.

Толщиномер применяется в работе экспертов-оценщиков, страховщиков, профессиональных полировщиков, контролирующих качество проведения покрасочных работ.

 

1.2.2 Виды толщиномеров

 

Толщиномеры делятся по принципу их работы, сфере применения, а также способу произведения измерений на:

1. Механические.

Толщиномер мокрого слоя (гребёнка) предназначен для оперативного контроля неотвердевших лакокрасочных покрытий. Контроль толщины наносимого лакокрасочного покрытия позволяет избежать возникновения проблем связанных с укрывистостью, скоростью сушки, внешним видом покрытия, перерасходом краски и т.д. Толщиномеры изготавливаются из пластика, алюминия или нержавеющей стали согласно требований стандартов ISO 2808-2007, ASTM D4414, ASTM D1212. Для измерения толщины мокрого слоя гребенку вдавливают в покрытие перпендикулярно поверхности и прижимают до основания. Через несколько секунд её извлекают для осмотра. Толщина мокрого слоя находится в диапазоне между максимальным значением «мокрого зубца» и минимальным значением «сухого» зубца гребенки.

 

2. Электромагнитные.

В приборах данного вида для измерений используются как магнитная индукция, так и эффект Холла, позволяющий проводить измерения плотности магнитного поля. Для создания магнитного поля чаще всего используется мягкий ферромагнитный стержень с катушкой. Также, в свою очередь, для обнаружения каких-либо изменений в магнитном потоке применяется второй стержень с катушкой. Толщина покрытия определяется путем измерения плотности магнитного потока. Допустимый процент погрешности измерений для приборов данного типа равен ± 3%.

3. Ультразвуковые.

Для ультразвуковых толщиномеров характерно наличие ультразвукового датчика в зонде, который посылает импульс через анализируемое (чаще всего неметаллическое) покрытие. Импульс отражается от поверхности и затем преобразуется датчиком в высокочастотный электрический сигнал. Эхо-сигнал оцифровывается и анализируется для определения толщины покрытия. Допустимый процент погрешности измерений для приборов данного типа равен ± 3%.

4. Магнитные.

Принцип работы магнитных толщиномеров основан на использовании свойств постоянных магнитов. Позволяют производить замер немагнитных покрытий нанесенных на магнитные основания. Процесс замера осуществляется на основе оценки силы взаимодействия магнита толщиномера и основания измеряемого покрытия. Изменение толщины покрытия изменяет силу взаимодействия магнита и основания измеряемой специально откалиброванной шкалой.

5. Вихретоковые.

Для проведения измерений непроводящих покрытий без их разрушения используются толщиномеры с вихретоковым принципом действия. На поверхности зонда прибора с помощью тока (с частотой более 1МГц), проходящего через катушку, на которую намотана тонкая проволока, генерируется переменное магнитное поле. При приближении зонда к токопроводящей поверхности, переменное магнитное поле генерирует на ней вихревые токи (токи Фуко). Вихревые токи создают собственные противоположные электромагнитные поля, которые могут быть измерены основной или второстепенной обмоткой. Вихретоковый метод используется преимущественно для хорошо проводящих поверхностей, в частности сделанных из цветных металлов (например алюминий).

 

1.2.3 Классификация  толщиномеров

 

1. По назначению толщиномеры подразделяют на:

• общего назначения (толщиномер,  в  стандартах  или  технических  условиях,  на который не установлен конкретный объект измерения);

• специализированные ( толщиномер  в  стандартах  или  технических  условиях,  на который установлен конкретный объект измерения).

2. По степени автоматизации толщиномеры подразделяют на:

• ручного контроля (толщиномер, предназначенный для измерения толщин изделий при  пошаговом  либо  непрерывном  сканировании  их поверхности преобразователем с участием оператора);
• автоматизированного контроля (толщиномер, предназначенный для измерения толщин изделий контроля  при  пошаговом  либо  непрерывном  сканировании  их поверхности преобразователем без участия оператора).

3. По защищенности от воздействия окружающей среды толщиномеры подразделяют на следующие исполнения:

• защищенные от попадания внутрь толщиномера твердых тел (пыли);

• защищенные от попадания внутрь толщиномера воды;
• взрывозащищенные;
• защищенные от воздействия агрессивной среды;
• защищенные от других внешних воздействий.

4. По  стойкости  к  механическим  воздействиям  толщиномеры  подразделяют  на исполнения:

• виброустойчивое;
• вибропрочное;
• удароустойчивое;
• ударопрочное.[3]

 

1.3 Ультразвуковые толщиномеры

 

Ультразвуковые толщиномеры способны решать широчайший спектр задач. Они активно используются при контроле толщины резины, стенок труб, металлопроката и лакокрасочных покрытий. Важно и то, что ультразвуковые толщиномеры дают возможность в очень короткий промежуток времени (не более 2-3 секунд) контролировать и толщину металла, и толщину покрытия. Они имеют широкий диапазон контроля толщины, отличаются высокой производительностью, низкой погрешностью, компактностью и невысокой стоимостью. В итоге, при выборе толщиномера выбор многих предприятий останавливается как раз на ультразвуковых толщиномерах, таких как:

• Ультразвуковой толщиномер «А1207»;
• Ультразвуковой толщиномер «А1208»;
• Ультразвуковой толщиномер «А1209»;
• Ультразвуковой толщиномер «А1210»;
• Электромагнитно-Акустический толщиномер «А1270».

 

1.3.1 Ультразвуковой  толщиномер «А1208». Назначение и область применения.

 

Ультразвуковой  (УЗ)  морозоустойчивый  толщиномер  А1208, который показан на рисунке 1, предназначен для измерений толщины стенок труб (включая изгибы), котлов,  баллонов,  сосудов,  работающих  под  давлением,  обшивок  и других  изделий  из  черных  и  цветных  металлов,  с  гладкими  или грубыми  и  корродированными  поверхностями,  а  также  изделий  из пластмасс  и  других  материалов  с  высоким  затуханием  ультразвука при одностороннем доступе к поверхности этих изделий.

 

    

 

Рисунок 1 – Ультразвуковой толщиномер «А1208»

 

Прибор может применяться в лабораторных, полевых, цеховых условиях  в  различных  отраслях  промышленности  при  обязательной предварительной подготовке поверхности и использовании контактной смазки,  которой  могут  служить  различные  масла,  вода,  глицерин, специальные  контактные  жидкости  и  гели  для  ультразвукового контроля и т. д.

Толщиномер  оснащен  запатентованной  в  России  системой автоматической адаптации  к  кривизне и шероховатости поверхности изделия  (Патент РФ № 2082160). Благодаря  этой  системе  показания толщиномера одинаково достоверны во всех практических случаях.

Толщиномер  позволяет  сохранять  результаты  измерений  в энергонезависимой памяти.