🔩 超声测厚——四种脉冲传播时间测量模式
三句话速览
由短超声脉冲穿过壁厚的传播时间确定厚度：已知声速乘以传播时间，再除以穿透次数。该检测依据 PN-EN ISO 16809:2025-12；现行版本的范围：PN-EN ISO 16809:2025-12涵盖接触法或液浸法；以下参数来自ISO 16809:2017版，适用于接触法。整个程序共 8 个步骤；主要用于：金属和非金属产品制造过程中的壁厚测量、使用中储罐和管道剩余壁厚的测量、评估腐蚀表面上的腐蚀和冲蚀减薄。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 16809:2025-12
- 类别: 材料与无损检测
- 操作步骤数: 8
- 现行版本的范围: PN-EN ISO 16809:2025-12涵盖接触法或液浸法；以下参数来自ISO 16809:2017版，适用于接触法
- 测量模式: 模式1——激励脉冲到第一次回波，带零点修正；模式2——从延迟块末端到第一次底面回波；模式3——底面回波之间；模式4——从发射器到接收器的穿透法
- 频率范围: 从100 kHz（高衰减材料中的穿透法）到50 MHz（金属薄板）
概述
**状态和各版本范围。** 现行版本为PN-EN ISO 16809:2025-12《无损检测——超声测厚》，根据PKN目录卡，该版本给出了用接触法**或液浸法**测定金属和非金属材料厚度的原则，仅基于超声波传播时间的测量。它取代了现已撤销的PN-EN ISO 16809:2019-08版（等同采用ISO 16809:2017）。以下描述对应于可获得预览的ISO 16809:2017版的内容，仅涵盖接触法；未描述液浸法——采用现行版本的实验室应在标准本身中核查其要求。
本标准规定了通过直接接触对金属和非金属材料进行超声测厚的原则，仅基于超声脉冲传播时间的测量。构件或结构的厚度通过精确测量换能器产生的短脉冲穿过材料厚度一次、两次或多次所需的时间来确定；厚度的计算方法是将材料中的已知声速乘以传播时间，再除以脉冲穿过壁厚的次数。
测厚任务分为条件和技术不同的两个应用领域：制造过程中的测量和使用中剩余壁厚的测量。测量常常在腐蚀表面上进行，例如储罐和管道。
测量准确度取决于传播时间测量的准确度、时间的确定方式（过零点、前沿到前沿、峰到峰）、所选模式——多次回波模式的准确度高于单次回波模式——以及所用频率，因为较高频率使时间测量更准确。根据厚度和材料，频率范围从用于高衰减材料穿透法的100 kHz到用于金属薄板的50 MHz。测量包括确定传播时间并在声速恒定的假设下计算厚度——如脉冲路径上声速不恒定，准确度会受到严重影响。
方法原理
换能器产生的短超声脉冲穿过材料厚度并在对面壁反射。厚度按材料中已知声速与传播时间之积除以脉冲穿过壁厚的次数计算。本标准描述了四种模式：模式1测量从激励脉冲到第一次回波的时间，减去考虑探头保护膜和耦合剂层厚度的零点修正（单次回波模式）；模式2测量从延迟块末端到第一次底面回波的时间（带延迟块的单次回波模式）；模式3测量相继底面回波之间的时间（多次回波模式）；模式4测量脉冲从发射器到置于对面壁的接收器的传播时间（穿透法）。
应用领域
- 金属和非金属产品制造过程中的壁厚测量
- 使用中储罐和管道剩余壁厚的测量
- 评估腐蚀表面上的腐蚀和冲蚀减薄
- 在构件表面进行网格测量，以评估减薄的分布
- 仅能单面接近的构件的厚度测量
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 现行版本的范围 | PN-EN ISO 16809:2025-12涵盖接触法或液浸法；以下参数来自ISO 16809:2017版，适用于接触法 |
| 测量模式 | 模式1——激励脉冲到第一次回波，带零点修正；模式2——从延迟块末端到第一次底面回波；模式3——底面回波之间；模式4——从发射器到接收器的穿透法 |
| 频率范围 | 从100 kHz（高衰减材料中的穿透法）到50 MHz（金属薄板） |
| 准确度 | 取决于模式（模式3比模式1和2更准确）、时间的确定方式和频率；声速恒定的假设是可靠性的前提 |
| 接触面 | 清洁平整，面积至少为探头直径的两倍；有腐蚀时，打磨区域至少为探头直径的两倍 |
| 探头 | 双晶或单晶，通常为纵波探头；使用双晶探头时须补偿V形声程误差 |
| 曲面工件 | 探头接触面直径远小于工件直径 |
| 涂层 | 附着良好的涂层（油漆、包覆层、搪瓷）可以保留，但只有少数测厚仪能将其排除在测量之外；透过涂层测量时，必须知道其厚度和声速，除非采用模式3 |
| 标准试块 | 系统在尺寸、材料和组织可比的试样或标准试块上校准；必须已知标准试块的厚度或声速 |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 16809:2025-12
- 标准名称（波兰语）
- Badania nieniszczące — Ultradźwiękowe wyznaczanie grubości
- 标准名称（英语）
- Non-destructive testing — Ultrasonic thickness determination
分步操作程序
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操作人员资格
操作人员必须具备超声物理的基础知识以及超声测厚方面的详细知识和培训，并了解产品和材料。推荐按ISO 9712或等效标准取得资格；对于压力设备指令规定的III类和IV类，人员必须经公认的第三方机构批准。
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检查工件
工件必须允许超声波传播，并且每个测量点必须可自由接近。测量区域的表面应无污物、油脂、绒毛、氧化皮、焊剂和焊接飞溅、油以及其他干扰检测的物质。
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表面制备
保证清洁平整的接触区，面积至少为探头直径的两倍——接触不良会导致能量损失以及信号和声程失真。用刷或磨的方法清除松散部分和附着不良的涂层。在腐蚀表面上，在至少为探头直径两倍的面积上打磨接触区并清除腐蚀产物，注意不要使厚度减小到允许值以下。
-
选择模式和设备
根据对材料、几何形状、预期厚度和所需准确度的了解，选择仪器、探头和测量模式（指南见标准附录D）。对高衰减材料，采用100 kHz起的穿透法；对薄板，采用最高50 MHz的频率。使用双晶探头时进行V形声程误差补偿；在曲面工件上，选择接触面远小于工件直径的探头。
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系统校准
在一个或多个能代表被测工件的试样或标准试块上校准测量系统，即尺寸、材料和组织可比。标准试块或其台阶的厚度应覆盖被测厚度范围；必须已知标准试块的厚度或声速。
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透过涂层测量
如表面有涂层，涂层必须与材料附着良好，否则应予去除。透过涂层测量时，必须知道其厚度和声速，除非采用模式3（多次回波）。
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进行测量
施加耦合剂并进行测量。当测量需覆盖构件的某一区域时，规划测量点间距：间距应均匀，推荐采用网格，其密度的选择应兼顾对结果的信任度和工作量。
-
结果评定和记录
注意结果取决于所采用的声速——脉冲路径上声速变化时，准确度会受到严重影响。记录测量值以及测点位置、测量模式、所用探头和所采用的声速。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 数字显示超声测厚仪 | 显示测量值；卢布林理工大学实验课使用545 H型数字显示测厚仪 | — |
| 带A扫描显示的测厚仪 | 数值读数并显示波形——可判断所选回波是否正确 | — |
| 带A型显示的探伤仪 | 主要用于检出不连续的仪器，也可显示厚度数值 | — |
| 双晶和单晶探头 | 通常为纵波探头；双晶探头可消除盲区，适用于薄壁 | — |
| 标准试块和参考试样 | 由不同牌号材料制成的已知厚度的标准试样；覆盖被测厚度范围的阶梯试块 | — |
| 耦合剂 | 液体或凝胶；不得损害工件、设备和操作人员健康，根据表面状态和不平度选择 | — |
| 砂轮机和刷子 | 清除接触区内的松散部分、附着不良的涂层和腐蚀产物 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 耦合剂 | — | 在探头与材料之间提供声接触的液体或凝胶；对被检工件、设备和操作人员健康无有害影响 |
职业健康与安全
- 耦合剂不得危害操作人员健康，也不得损害工件和设备——按安全数据表选择
- 打磨腐蚀表面——防护眼镜、呼吸防护，在含易燃产品的装置上注意火花
- 打磨过度可能使壁厚减小到允许值以下——谨慎进行表面制备
- 在运行中的储罐和管道上测量——作业许可、安全保护、高处和密闭空间作业
- 现场条件下仪器的电源——检查绝缘，剩余电流保护
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 16809:2025-12 — 《Non-destructive testing — Ultrasonic thickness determination》。
该方法的原理是什么？
换能器产生的短超声脉冲穿过材料厚度并在对面壁反射。厚度按材料中已知声速与传播时间之积除以脉冲穿过壁厚的次数计算。
测量范围和准确度是多少？
现行版本的范围：PN-EN ISO 16809:2025-12涵盖接触法或液浸法；以下参数来自ISO 16809:2017版，适用于接触法；测量模式：模式1——激励脉冲到第一次回波，带零点修正；模式2——从延迟块末端到第一次底面回波；模式3——底面回波之间；模式4——从发射器到接收器的穿透法；频率范围：从100 kHz（高衰减材料中的穿透法）到50 MHz（金属薄板）；准确度：取决于模式（模式3比模式1和2更准确）、时间的确定方式和频率；声速恒定的假设是可靠性的前提。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 8 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
数字显示超声测厚仪、带A扫描显示的测厚仪、带A型显示的探伤仪、双晶和单晶探头、标准试块和参考试样、耦合剂、砂轮机和刷子。
该检测用于哪些场景？
金属和非金属产品制造过程中的壁厚测量；使用中储罐和管道剩余壁厚的测量；评估腐蚀表面上的腐蚀和冲蚀减薄；在构件表面进行网格测量，以评估减薄的分布；仅能单面接近的构件的厚度测量。
需要采取哪些安全防护措施？
耦合剂不得危害操作人员健康，也不得损害工件和设备——按安全数据表选择；打磨腐蚀表面——防护眼镜、呼吸防护，在含易燃产品的装置上注意火花；打磨过度可能使壁厚减小到允许值以下——谨慎进行表面制备；在运行中的储罐和管道上测量——作业许可、安全保护、高处和密闭空间作业；现场条件下仪器的电源——检查绝缘，剩余电流保护。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 16809。