【摘 要】本文介紹了超聲波測厚的原理及其特有優勢，說明了超聲波測厚的材料選取及準備事項，將各種材料進行了比較。通過此方法，可測得對鑄鐵烘缸較精確的厚度。最后總結了超聲波測厚技術的發展方向。
【關鍵詞】超聲波；測厚；鑄鐵烘缸
Introduction to ultrasonic thickness of cast iron cylinder
【Abstract】This paper introduces the principle of ultrasonic thickness and its unique advantages，analyzes the ultrasonic thickness of material selection and preparation matters，and the different materials were compared. Through this method， precise thickness can be measured on cast iron cylinder.Finally ，it summarizes the development direction of ultrasonic thickness measurement technology.
【Key words】Ultrasonic； Thickness； Cast iron cylinder
鑄鐵烘缸是烘缸中最為常見的，因其鑄鐵耐磨性、耐腐蝕性、耐急冷急熱性、低缺口敏感性和制造工藝簡單、造價低廉，被廣泛應用于造紙行業的烘干和定型；而且也因其工作壓力低，工作介質為普通的蒸汽介質，往往難以得到社會各方應有的重視。因此鑄鐵烘缸在特種設備事故統計分析結果排名中榜上有名，且位居“易發事故特種設備”前三甲。我們在對鑄鐵烘缸進行測厚中發現，由于其材質對超聲波衰減非常大，且每個鑄鐵烘缸單獨鑄造，其衰減差別各異，較其他壓力容器其測厚不能采用普通測厚的方法。
1 超聲波測厚的原理及特點
超聲波具有很強的方向性，在介質傳播的過程中會發生反射和折射現象。在進行厚度測量時，當探頭發射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。測量超聲波脈沖在材料中的往還時間t，即d=c*t/2，當聲速c已知時，就可求得材料厚度d。
超聲波測厚在工業領域中時一門成熟的高新技術，它的最大優點在于無損檢測、安全、可靠及精度高，而且它可以巡回、在線運行狀態進行檢測。
2 測厚前的準備
2.1 測厚所需材料的選擇
2.1.1 鑄鐵材料的聲速選擇
固體材料組織均勻性對聲速的影響在鑄鐵中表現較為突出。鑄鐵表面與中心，由于冷卻速度不同而具有不同的組織，表面冷卻快，晶粒細，聲速大；中心冷卻慢，晶粒粗，聲速小。此外，鑄鐵中石墨含量和尺寸對聲速也有影響，石墨含量和尺寸增加，聲速減小。一般鑄鐵的聲速在3500～5600m/s范圍內，我們一般取4600m/s。
在這里我們儀器主要選擇南通友聯（PXUT-350+型號）超聲波探傷儀進行介紹。探頭方面的選擇，由于液態金屬注入鑄模后，與模壁首先接觸的液態金屬因溫度下降更快且模壁有大量固態微粒形成晶核，因此很快凝固成為較細晶粒。隨著與模壁距離的增加，模壁影響逐漸減弱，晶粒體的主軸沿散熱的平均方向而生長，即沿與模壁相垂直的方向生長成彼此平行的柱狀晶體。在鑄件的中心，散熱已無顯著的方向性，冷卻凝固緩慢，晶體自由地向各個方向生長，形成等軸晶區。所以說鑄件的組織是不均勻的，晶粒比較粗大。由于晶粒比較粗大，衰減嚴重，宜選用較低的頻率探頭，一般為0.5～2.5MHz，縱波直探頭的直徑一般為Φ10mm～Φ30mm。
2.1.3 耦合劑的選擇
超聲耦合是指超聲波在檢測面上的聲強透射率。聲強透射率高，超聲耦合好。為了改善探頭與工件間的聲能的傳遞，而加在探頭和檢測面之間的液體薄層稱為耦合劑。
當探頭和工件之間有一層空氣時，超聲波的反射率幾乎為100%，即使很薄的一層空氣也可以阻止超聲波傳入工件。因此，排除探頭和工件之間的空氣非常重要。耦合劑可以填充探頭與工件間的空氣間隙，使超聲波能夠傳入工件，這是使用耦合劑的主要目的。除此之外，耦合劑有潤滑作用，可以減小探頭和工件之間的摩擦，防止工件表面磨損探頭，并使探頭便于移動。
由于鑄鐵表面粗糙，耦合條件差。我們在對鑄鐵進行檢測時，常用黏度較大的耦合劑，如漿糊、黃油、甘油。在實際使用中一定要保持耦合劑的清潔，不能使其有污漬，不然會使探頭與檢測面接觸不良，從而影響檢測數據的準確性，也會對探頭有所磨損。
漿糊的耦合效果比較好，也是一種常用的耦合劑。黃油的附著力和黏度都較適當，也無腐蝕性，價格又不貴，因此是常用的耦合劑。甘油的優點是聲阻大，耦合效果好，缺點是要用水稀釋，容易使工件形成腐蝕坑，價格較貴。
2.2 測量準備
由于鑄鐵材質對超聲波衰減非常大，且每個烘缸單獨鑄造，其衰減差別各異，所以我們在儀器校準用的試塊上就不能做到面面俱到。在此我建議大家在對每臺鑄鐵烘缸進行測厚時，儀器的校準最好在你所測的每臺鑄鐵烘缸上都進行一次儀器的校準。
3 檢測步驟
測量工具的準備。儀器選擇：南通友聯（PXUT-350+型號）超聲波探傷儀；探頭選擇：由于晶粒比較粗大，衰減嚴重，宜選用較低的頻率探頭，一般為0.5～2.5MHz，縱波直探頭的直徑一般為Φ10mm～Φ30mm；游標卡尺（備用）；耦合劑：化學漿糊。
儀器的設置。當儀器開機后，我們在儀器的設置中輸入：探頭類型、探頭頻率、鑄鐵聲速（一般取4600m/s）等一些與所測量設備相關的數據等。
儀器的校準。如果我們所測烘缸厚度為已知時，我們在超聲波探傷儀測零點一次聲程中輸入一倍厚度，在二次聲程中輸入二倍的厚度進行儀器的校準。如果我們所測烘缸厚度不明時，我們可以在烘缸的邊緣處進行儀器的校準，利用游標卡尺量出烘缸邊緣處的厚度，再像前面所講的那樣，在測零點一次聲程中輸入一倍厚度，在二次聲程中輸入二倍的厚度進行儀器的校準。由于鑄鐵材質對超聲波衰減非常大，且每個烘缸單獨鑄造，其衰減差別各異，所以我們在儀器校準用的試塊上就不能做到面面俱到。在此我建議大家在對每臺鑄鐵烘缸進行測厚時，儀器的校準最好在你所測的每臺鑄鐵烘缸上都進行一次儀器校準。在對每臺烘缸進行校準后，我們可以發現，我們之前所在儀器設置中的鑄鐵聲速也隨之改變，而且每臺烘缸鑄鐵聲速都不一樣。也就是說通過對每臺烘缸的校準，我們可以得到每臺烘缸材質的相應聲速。
根據前面一系列的準備和調試，我們就可以開始對烘缸進行測量。
4 結論
相對于國外的超聲波測厚技術，我國起步較晚一些，但隨著工業需求的增加，測厚技術得到了快速發展。近年來國內問世了很多超聲波測厚系統的產品，在精度和功能上已經逐步與國外公司產品相接軌。
未來超聲波測厚技術將向超小型化、高精度、低功耗、多功能方向發展，同時兼具厚度分析功能，可以通過對歷史數據的變化趨勢，來分析工件的腐蝕及缺陷情況。
【參考文獻】
[2]鄭暉，林樹青.超聲檢測[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2008.
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