不銹鋼管壁厚測量目前可以采用的方法主要包括機(jī)械測量、圖像測量射線測量、超聲測量等多種方式。其中機(jī)械測量用于抽檢較為合適，檢測速度較慢，但檢測精度可控；圖像測量用于短管成品管快速測量，通過鋼管端部的圖像分析實(shí)現(xiàn)鋼管厚度的檢測；射線測量主要利用不同厚度鋼管對射線的吸收不同這一特性實(shí)現(xiàn)鋼管厚度的檢測，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；超聲測量鋼管厚度的方法適合于在線快速測量，檢測精度較高，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。

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

 超聲波測厚的基本原理是通過測量超聲波在鋼管內(nèi)外壁的反射信號時(shí)間差，得到超聲縱波在鋼管內(nèi)傳播來回兩次的時(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)算溫度對聲速的影響較為困難，僅可以通過實(shí)驗(yàn)測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.綜合來看，提升厚度檢測精度的主要措施在于精確測量超聲波在不銹鋼管內(nèi)的有效傳播時(shí)間。對小口徑薄壁不銹鋼管來講，因壁厚較薄，檢測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，一般情況下檢測頻率10~20MHz即可，這主要基于超聲波信號的明確區(qū)分角度考慮。

  在檢測硬件滿足要求的前提下，超聲波信號數(shù)據(jù)處理是影響鋼管壁厚準(zhǔn)確測量的主要因素。按照奈奎斯特定律，超聲信號的采樣頻率必須大于超聲信號頻率的3倍以上才能準(zhǔn)確表征信號的特征。當(dāng)然，采樣頻率越高，信號的還原越精確，動態(tài)檢測過程中的測量精度越高。圖4.11所示為某小口徑不銹鋼薄壁管壁厚超聲檢測信號截圖，檢測超聲頻率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的間隔，顯然取每個(gè)超聲信號的波前較為合適。動態(tài)測量過程中，超聲信號會出現(xiàn)前后波動，以采樣頻率2GHz為例，當(dāng)前后兩個(gè)超聲信號的間隔波動1個(gè)采樣點(diǎn)，聲時(shí)波動約為0.5ns,對應(yīng)到厚度測量的誤差約為0.0015mm,在實(shí)際檢測過程中發(fā)現(xiàn)動態(tài)測量時(shí)波形間隔的波動點(diǎn)數(shù)為2~3個(gè)，顯然可以滿足汽車發(fā)動機(jī)用不銹鋼管壁厚的測量精度。

 需要注意的是，動態(tài)測量鋼管壁厚時(shí)，鋼管跳動在所難免，為避免超聲波在鋼管內(nèi)折射，出現(xiàn)測量值偏大的現(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間距，此時(shí)壁厚測量值與鋼管壁厚實(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4.1.2節(jié)進(jìn)行。