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(chao)(chao)聲波測厚技術較(jiao)為成熟，市場(chang)上也存在各式各樣的超(chao)(chao)聲波測厚儀(yi)，但(dan)不(bu)銹(xiu)鋼管壁(bi)厚在線(xian)測量技術應用較(jiao)少。

 超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)測厚(hou)的基本原理(li)是通(tong)過測量(liang)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)在(zai)鋼管內(nei)外(wai)壁(bi)的反射信號時間(jian)差(cha)，得(de)到超(chao)聲(sheng)(sheng)縱(zong)(zong)波(bo)在(zai)鋼管內(nei)傳播(bo)來回兩次的時間(jian)，乘以(yi)鋼管內(nei)超(chao)聲(sheng)(sheng)縱(zong)(zong)波(bo)聲(sheng)(sheng)速，即得(de)到鋼管兩倍的壁(bi)厚(hou)。

 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。

  在檢測(ce)(ce)硬件(jian)滿足要求的(de)(de)(de)(de)前(qian)提下(xia)，超(chao)(chao)(chao)(chao)聲波(bo)信(xin)號(hao)數據處理是影(ying)響鋼管(guan)壁(bi)(bi)厚(hou)準確(que)測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)(de)(de)主要因素。按(an)照奈奎斯(si)特(te)定律，超(chao)(chao)(chao)(chao)聲信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)采樣(yang)(yang)頻(pin)率(lv)(lv)必(bi)須(xu)大于超(chao)(chao)(chao)(chao)聲信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)3倍以(yi)(yi)上(shang)才能準確(que)表征信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)特(te)征。當(dang)然，采樣(yang)(yang)頻(pin)率(lv)(lv)越高，信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)還原越精(jing)確(que)，動(dong)態(tai)檢測(ce)(ce)過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度(du)越高。圖4.11所示為(wei)(wei)(wei)某小(xiao)口徑不(bu)銹鋼薄壁(bi)(bi)管(guan)壁(bi)(bi)厚(hou)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲檢測(ce)(ce)信(xin)號(hao)截圖，檢測(ce)(ce)超(chao)(chao)(chao)(chao)聲頻(pin)率(lv)(lv)20 MHz,采樣(yang)(yang)頻(pin)率(lv)(lv)2GHz.圖中(zhong)(zhong)所示，要準確(que)計量(liang)前(qian)后(hou)兩次超(chao)(chao)(chao)(chao)聲信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)間隔(ge)，顯然取每個超(chao)(chao)(chao)(chao)聲信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)波(bo)前(qian)較為(wei)(wei)(wei)合適。動(dong)態(tai)測(ce)(ce)量(liang)過程中(zhong)(zhong)，超(chao)(chao)(chao)(chao)聲信(xin)號(hao)會出現前(qian)后(hou)波(bo)動(dong)，以(yi)(yi)采樣(yang)(yang)頻(pin)率(lv)(lv)2GHz為(wei)(wei)(wei)例，當(dang)前(qian)后(hou)兩個超(chao)(chao)(chao)(chao)聲信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)間隔(ge)波(bo)動(dong)1個采樣(yang)(yang)點，聲時波(bo)動(dong)約為(wei)(wei)(wei)0.5ns,對應(ying)到厚(hou)度(du)測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)(de)(de)誤(wu)差約為(wei)(wei)(wei)0.0015mm,在實(shi)際(ji)檢測(ce)(ce)過程中(zhong)(zhong)發現動(dong)態(tai)測(ce)(ce)量(liang)時波(bo)形間隔(ge)的(de)(de)(de)(de)波(bo)動(dong)點數為(wei)(wei)(wei)2~3個，顯然可以(yi)(yi)滿足汽車發動(dong)機(ji)用不(bu)銹鋼管(guan)壁(bi)(bi)厚(hou)的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度(du)。

 需要注意(yi)的是(shi)，動態測量(liang)鋼(gang)管(guan)(guan)壁(bi)(bi)厚時(shi)，鋼(gang)管(guan)(guan)跳動在所難免，為(wei)避免超聲(sheng)(sheng)波在鋼(gang)管(guan)(guan)內折射(she)，出(chu)現(xian)測量(liang)值偏大的現(xian)象，可以采用(yong)線聚(ju)焦入射(she)的方(fang)式，使得探頭焦線完全覆蓋鋼(gang)管(guan)(guan)跳動的范圍(wei)，聚(ju)焦超聲(sheng)(sheng)探頭的焦點落到鋼(gang)管(guan)(guan)內壁(bi)(bi)為(wei)最佳(jia)，由此可獲得最短信號間距，此時(shi)壁(bi)(bi)厚測量(liang)值與(yu)鋼(gang)管(guan)(guan)壁(bi)(bi)厚實際(ji)值最為(wei)接近，如圖4.12所示，探頭聚(ju)焦透鏡的設計(ji)可參照本書4.1.2節(jie)進行。