不銹鋼管壁厚測量目前可以采用的方法主要包括機械測量、圖像測量射線測量、超聲測量等多種方式。其中機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現鋼管厚度的檢測；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現鋼管厚度的檢測，該方法受鋼管材質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，本章節重點討論小口徑薄壁不銹鋼管壁厚的超聲波檢測。

 超聲波(bo)測厚(hou)技術較(jiao)為成熟，市場上(shang)也存在各式各樣的超聲波(bo)測厚(hou)儀，但不銹鋼管壁厚(hou)在線測量(liang)技術應(ying)用較(jiao)少(shao)。

 超(chao)聲波(bo)測厚的基本原理(li)是通(tong)過測量(liang)超(chao)聲波(bo)在(zai)鋼(gang)(gang)管(guan)內外壁(bi)的反射信號時間差，得(de)到(dao)超(chao)聲縱波(bo)在(zai)鋼(gang)(gang)管(guan)內傳播來(lai)回兩次(ci)的時間，乘以(yi)鋼(gang)(gang)管(guan)內超(chao)聲縱波(bo)聲速(su)，即得(de)到(dao)鋼(gang)(gang)管(guan)兩倍的壁(bi)厚。

 在金屬材質確定的情況下，聲速僅受溫度的影響，具體表現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，準確計算溫度對聲速的影響較為困難，僅可以通過實驗測得不同溫度下的超聲波聲速。根據實驗統計，在0~40℃正常環境溫度下，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的有效傳播時間。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分角度考慮。

  在檢(jian)(jian)測硬件滿足要求的(de)(de)(de)前(qian)(qian)(qian)提下，超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)信(xin)號(hao)(hao)數據(ju)處理是影響(xiang)鋼(gang)管壁(bi)厚(hou)(hou)準確測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)主要因素。按(an)照奈(nai)奎(kui)斯(si)特定律，超(chao)(chao)聲(sheng)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)采(cai)樣(yang)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)必須大于超(chao)(chao)聲(sheng)信(xin)號(hao)(hao)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)3倍以(yi)上(shang)才能準確表征(zheng)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)特征(zheng)。當(dang)然(ran)，采(cai)樣(yang)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)越高，信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)還(huan)原越精(jing)確，動(dong)(dong)態檢(jian)(jian)測過程(cheng)中的(de)(de)(de)測量(liang)(liang)精(jing)度(du)越高。圖4.11所示為(wei)某小口徑不銹(xiu)鋼(gang)薄(bo)壁(bi)管壁(bi)厚(hou)(hou)超(chao)(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)截(jie)圖，檢(jian)(jian)測超(chao)(chao)聲(sheng)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)20 MHz,采(cai)樣(yang)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)2GHz.圖中所示，要準確計(ji)量(liang)(liang)前(qian)(qian)(qian)后(hou)兩次超(chao)(chao)聲(sheng)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)間(jian)隔(ge)，顯(xian)然(ran)取每個(ge)超(chao)(chao)聲(sheng)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)前(qian)(qian)(qian)較為(wei)合適。動(dong)(dong)態測量(liang)(liang)過程(cheng)中，超(chao)(chao)聲(sheng)信(xin)號(hao)(hao)會(hui)出現(xian)前(qian)(qian)(qian)后(hou)波(bo)(bo)動(dong)(dong)，以(yi)采(cai)樣(yang)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)2GHz為(wei)例，當(dang)前(qian)(qian)(qian)后(hou)兩個(ge)超(chao)(chao)聲(sheng)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)間(jian)隔(ge)波(bo)(bo)動(dong)(dong)1個(ge)采(cai)樣(yang)點，聲(sheng)時波(bo)(bo)動(dong)(dong)約(yue)為(wei)0.5ns,對應到厚(hou)(hou)度(du)測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)誤差約(yue)為(wei)0.0015mm,在實際(ji)檢(jian)(jian)測過程(cheng)中發(fa)(fa)現(xian)動(dong)(dong)態測量(liang)(liang)時波(bo)(bo)形間(jian)隔(ge)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)動(dong)(dong)點數為(wei)2~3個(ge)，顯(xian)然(ran)可以(yi)滿足汽車發(fa)(fa)動(dong)(dong)機用不銹(xiu)鋼(gang)管壁(bi)厚(hou)(hou)的(de)(de)(de)測量(liang)(liang)精(jing)度(du)。

 需要注意的是，動態測量(liang)鋼(gang)管(guan)壁(bi)(bi)厚(hou)時，鋼(gang)管(guan)跳動在所難免，為(wei)避免超(chao)聲(sheng)波(bo)在鋼(gang)管(guan)內折(zhe)射(she)，出(chu)現測量(liang)值偏(pian)大的現象，可以采(cai)用(yong)線(xian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)入射(she)的方式(shi)，使得探頭焦(jiao)(jiao)線(xian)完(wan)全覆(fu)蓋鋼(gang)管(guan)跳動的范(fan)圍，聚(ju)焦(jiao)(jiao)超(chao)聲(sheng)探頭的焦(jiao)(jiao)點落到鋼(gang)管(guan)內壁(bi)(bi)為(wei)最佳(jia)，由(you)此可獲得最短信(xin)號間距(ju)，此時壁(bi)(bi)厚(hou)測量(liang)值與鋼(gang)管(guan)壁(bi)(bi)厚(hou)實際值最為(wei)接(jie)近，如圖(tu)4.12所示，探頭聚(ju)焦(jiao)(jiao)透(tou)鏡的設計可參照本(ben)書4.1.2節(jie)進行。