不銹鋼管壁厚測(cè)量目前可以采用的方法主要包括機(jī)械測(cè)量、圖像測(cè)量射線測(cè)量、超聲測(cè)量等多種方式。其中機(jī)械測(cè)量用于抽檢較為合適，檢測(cè)速度較慢，但檢測(cè)精度可控；圖像測(cè)量用于短管成品管快速測(cè)量，通過(guò)鋼管端部的圖像分析實(shí)現(xiàn)鋼管厚度的檢測(cè)；射線測(cè)量主要利用不同厚度鋼管對(duì)射線的吸收不同這一特性實(shí)現(xiàn)鋼管厚度的檢測(cè)，該方法受鋼管材質(zhì)影響較大且存在輻射危害，道常情況下不建議采用；超聲測(cè)量鋼管厚度的方法適合于在線快速測(cè)量，檢測(cè)精度較高，本章節(jié)重點(diǎn)討論小口徑薄壁不銹鋼管壁厚的超聲波檢測(cè)。

 超聲波測(cè)厚技術(shù)較為成熟，市場(chǎng)上也存在各式各樣的超聲波測(cè)厚儀，但不銹鋼管壁厚在線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用較少。

 超聲波測(cè)厚的基本原理是通過(guò)測(cè)量超聲波在鋼管內(nèi)外壁的反射信號(hào)時(shí)間差，得到超聲縱波在鋼管內(nèi)傳播來(lái)回兩次的時(shí)間，乘以鋼管內(nèi)超聲縱波聲速，即得到鋼管兩倍的壁厚。

 在金屬材質(zhì)確定的情況下，聲速僅受溫度的影響，具體表現(xiàn)為聲速隨溫度的升高而降低，主要原因是金屬材料的彈性模量隨溫度升高而降低。不同金屬材料的物理特性差別較大，準(zhǔn)確計(jì)算溫度對(duì)聲速的影響較為困難，僅可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下的超聲波聲速。根據(jù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，在0~40℃正常環(huán)境溫度下，溫度每增加5℃不銹鋼中的超聲波縱波與橫波聲速減小3~5m/s.綜合來(lái)看，提升厚度檢測(cè)精度的主要措施在于精確測(cè)量超聲波在不銹鋼管內(nèi)的有效傳播時(shí)間。對(duì)小口徑薄壁不銹鋼管來(lái)講，因壁厚較薄，檢測(cè)所需的超聲波必須采用高頻寬帶窄脈沖探頭才能滿足要求，一般情況下檢測(cè)頻率10~20MHz即可，這主要基于超聲波信號(hào)的明確區(qū)分角度考慮。

  在檢測(cè)硬件滿足要求的前提下，超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)處理是影響鋼管壁厚準(zhǔn)確測(cè)量的主要因素。按照奈奎斯特定律，超聲信號(hào)的采樣頻率必須大于超聲信號(hào)頻率的3倍以上才能準(zhǔn)確表征信號(hào)的特征。當(dāng)然，采樣頻率越高，信號(hào)的還原越精確，動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)程中的測(cè)量精度越高。圖4.11所示為某小口徑不銹鋼薄壁管壁厚超聲檢測(cè)信號(hào)截圖，檢測(cè)超聲頻率20 MHz,采樣頻率2GHz.圖中所示，要準(zhǔn)確計(jì)量前后兩次超聲信號(hào)的間隔，顯然取每個(gè)超聲信號(hào)的波前較為合適。動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，超聲信號(hào)會(huì)出現(xiàn)前后波動(dòng)，以采樣頻率2GHz為例，當(dāng)前后兩個(gè)超聲信號(hào)的間隔波動(dòng)1個(gè)采樣點(diǎn)，聲時(shí)波動(dòng)約為0.5ns,對(duì)應(yīng)到厚度測(cè)量的誤差約為0.0015mm,在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)波形間隔的波動(dòng)點(diǎn)數(shù)為2~3個(gè)，顯然可以滿足汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用不銹鋼管壁厚的測(cè)量精度。

 需要注意的是，動(dòng)態(tài)測(cè)量鋼管壁厚時(shí)，鋼管跳動(dòng)在所難免，為避免超聲波在鋼管內(nèi)折射，出現(xiàn)測(cè)量值偏大的現(xiàn)象，可以采用線聚焦入射的方式，使得探頭焦線完全覆蓋鋼管跳動(dòng)的范圍，聚焦超聲探頭的焦點(diǎn)落到鋼管內(nèi)壁為最佳，由此可獲得最短信號(hào)間距，此時(shí)壁厚測(cè)量值與鋼管壁厚實(shí)際值最為接近，如圖4.12所示，探頭聚焦透鏡的設(shè)計(jì)可參照本書(shū)4.1.2節(jié)進(jìn)行。