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涂層測厚儀的無損檢測方法與原理
涂層測厚儀的無損檢測方法與原理：涂層測厚儀在現(xiàn)實測量中是一門理論上綜合性較強(qiáng)，又非常重視實踐環(huán)節(jié)的很有發(fā)展前途的學(xué)科。它涉及到材料的物理性質(zhì)，產(chǎn)品設(shè)計，制造工藝，斷裂力學(xué)以及有限元計算等諸多方面。
在化工，電子，電力，金屬等行業(yè)中，為了實現(xiàn)對各類材料的保護(hù)或裝飾作用，通常采用噴涂有色金屬覆蓋以及磷化、陽極氧化處理等方法，這樣便出現(xiàn)了涂層、鍍層、敷層、貼層或化學(xué)生成膜等概念，我們稱之為“覆層”。
覆層的厚度測量已成為金屬加工工業(yè)已用戶進(jìn)行成品質(zhì)量檢測必備的*重要工序。是產(chǎn)品達(dá)到上等標(biāo)準(zhǔn)的必備手段。目前，國內(nèi)外已普遍按統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)測定涂鍍層厚度，覆層無損檢測的方法和儀器的選擇隨著材料物理性質(zhì)研究方面的逐漸進(jìn)步而更加至關(guān)重要。
有關(guān)覆層無損檢測方法，主要有：楔切法、光截法、電解法、厚度差測量法、稱重法、X射線瑩光法、β射線反射法、電容法、磁性測量法及渦流測量法等。這些方法中除了后五種外大多都要損壞產(chǎn)品或產(chǎn)品表面，系有損檢測，測量手段繁瑣，速度慢，多適用于抽樣檢驗。
X射線和β射線反射法可以無接觸無損測量，但裝置復(fù)雜昂貴，測量范圍小。因有放射源，故，使用者必須遵守射線防護(hù)規(guī)范，一般多用于各層金屬鍍層的厚度測量。
電容法一般僅在很薄導(dǎo)電體的絕緣覆層厚度測試上應(yīng)用。
磁性測量法及渦流測量法，隨著技術(shù)的日益進(jìn)步，特別是近年來引入微處理機(jī)技術(shù)后，測厚儀向微型、智能型、多功能、高精度、實用化方面邁進(jìn)了一大步。測量的分辨率已達(dá)0.1μm，精度可達(dá)到1％。又有適用范圍廣，量程寬、操作簡便、價廉等特點。是工業(yè)和科研使用*廣泛的儀器。超聲波物位計,超聲波液位計,超聲波測厚儀。
采用無損檢測方法測厚既不破壞覆層也不破壞基材，檢測速度快，故能使大量的檢測工作經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行。以下分別介紹幾種常規(guī)測厚的方法。
涂層測厚儀磁性測量原理
一、磁吸力原理測厚儀
利用磁鐵測頭與導(dǎo)磁鋼材之間的吸力大小與處于兩者之間的距離成一定比例關(guān)系可測量覆層的厚度，這個距離就是覆層的厚度，所以只要覆層與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大，就可以進(jìn)行測量。鑒于大多數(shù)工業(yè)品采用結(jié)構(gòu)鋼和熱軋冷軋鋼板沖壓成形，所以磁性測厚儀應(yīng)用*廣。測量儀基本結(jié)構(gòu)是磁鋼，拉簧，標(biāo)尺及自停機(jī)構(gòu)。當(dāng)磁鋼與被測物吸合后，有一個彈簧在其后逐漸拉長，拉力逐漸增大，當(dāng)拉力鋼大于吸力磁鋼脫離的一瞬間記錄下拉力的大小即可獲得覆層厚度。一般來講，依不同的型號又不同的量程與適應(yīng)場合。在一個約350o角度內(nèi)可用刻度表示0～100μm；0～1000μm；0～5mm等的覆層厚度，精度可達(dá)5％以上，能滿足工業(yè)應(yīng)用的一般要求。這種儀器的特點是操作簡單、強(qiáng)固耐用、不用電源和測量前的校準(zhǔn)，價格也較低，很適合車間作現(xiàn)場質(zhì)量控制。
二、磁感應(yīng)原理測厚儀
磁感應(yīng)原理是利用測頭經(jīng)過非鐵磁覆層而流入鐵基材的磁通大小來測定覆層厚度的，覆層愈厚，磁通愈小。由于是電子儀器，校準(zhǔn)容易，可以實多種功能，擴(kuò)大量程，提高精度，由于測試條件可降低許多，故比磁吸力式應(yīng)用領(lǐng)域更廣。
當(dāng)軟鐵芯上繞著線圈的測頭放在被測物上后，儀器自動輸出測試電流，磁通的大小影響到感應(yīng)電動勢的大小，儀器將該信號放大后來指示覆層厚度。早期的產(chǎn)品用表頭指示，精度和重復(fù)性都不好，后來發(fā)展了數(shù)字顯示式，電路設(shè)計也日趨完善。近年來引入微處理機(jī)技術(shù)及電子開關(guān)，穩(wěn)頻等技術(shù)，多種獲的產(chǎn)品相繼問世，精度有了很大的提高，達(dá)到1%,分辨率達(dá)到0.1μm，磁感應(yīng)測厚儀的測頭多采用軟鋼做導(dǎo)磁鐵芯，線圈電流的頻率不高，以降低渦流效應(yīng)的影響，測頭具有溫度補(bǔ)償功能。由于儀器已智能化，可以辨識不同的測頭，配合不同的軟件及自動改變測頭電流和頻率。一臺儀器能配合多種測頭，也可以用同一臺儀器。可以說，適用于工業(yè)**及科學(xué)研究的儀器已達(dá)到了了非常實用化的階段。
利用電磁原理研制的測厚儀，原則上適用所有非導(dǎo)磁覆層測量， 一般要求基本的磁導(dǎo)率達(dá)500以上。覆層材料如也是磁性的，則要求與基材的磁導(dǎo)率有足夠大的差距（如鋼上鍍鎳層）。磁性原理測厚儀可以應(yīng)用在測量鋼鐵表面的油漆涂層，瓷、搪瓷防護(hù)層，塑料、橡膠覆層，包括鎳鉻在內(nèi)的各種有色金屬電鍍層，化工石油行業(yè)的各種防腐涂層。對于感光膠片、電容器紙、塑料、聚酯等薄膜**工業(yè)，利用測量平臺或輥（鋼鐵制造）也可用來實現(xiàn)大面積上任一點的測量。
涂層測厚儀電渦流測量原理
電渦流測厚法主要應(yīng)用于金屬基體上各種非金屬涂鍍層的測量。利用高頻交流電在作為探頭的線圈中產(chǎn)生一個電磁場，將探頭靠近導(dǎo)電的金屬體時，就在金屬材料中形成渦流，且隨與金屬體的距離減小而增大，該渦流會影響探頭線圈的磁通，故此反饋作用量是表示探頭與基體金屬之間間距大小的一個量值，因為該測頭用在非鐵磁金屬基體上測量覆層厚度，所以通常我們稱該測頭為非磁性測頭。非磁性測頭一般采用高頻高導(dǎo)磁材料做線圈鐵芯，常用鉑鎳合金及其它新材料制作。與磁性測量原理比較，他們的電原理基本一樣，主要區(qū)別是測頭不同，測試電流的頻率大小不同，信號大小、標(biāo)度關(guān)系不同。在的測厚儀中，通過不斷改進(jìn)測頭結(jié)構(gòu)，在配合微電腦技術(shù)，由自動識別不同測頭來調(diào)用不同的控制程序，分別輸出不同的測試電流和改變標(biāo)度變換軟件，終于使兩種不同類型的的測頭接與同一臺測厚儀上，降低了用戶負(fù)擔(dān)，基于同一思想，可配接達(dá)10種側(cè)頭的測厚儀極大地擴(kuò)展了測厚范圍（達(dá)10萬倍以上），可測包括導(dǎo)磁材料表面上的非導(dǎo)磁覆層，導(dǎo)電材料上的非導(dǎo)電覆層及不導(dǎo)電材料上的導(dǎo)電層，基本上滿足了工業(yè)**多數(shù)行業(yè)的需要。
采用電渦流原理的測厚儀，原則上所有導(dǎo)電體上的非導(dǎo)電體覆層均可測量，如航天航空器表面、車輛、家電、鋁合金門窗及其他鋁制品表面的漆，塑料涂層及陽極氧化膜。有些特種用途如某種金屬上的金剛石鍍層及其它噴鍍不導(dǎo)電層。覆層材料也可以有一定的導(dǎo)電性，通過校準(zhǔn)同樣也可以測量，但要求兩者的導(dǎo)電率之比至少相差3～5倍以上（如銅上鍍鉻）。
校準(zhǔn)的原則是沒有覆層的校準(zhǔn)試樣與被測物的基材應(yīng)有：成分相同，厚度相同（主要在于厚度小于儀器規(guī)定的值約0.5mm以下時），有相同的曲率半徑，如被測面積小于儀器技術(shù)參數(shù)的要求（直徑約20mm以下），還應(yīng)有相同的被測面積。如覆層含有導(dǎo)電成份，校準(zhǔn)試樣的覆層也應(yīng)與被測物的覆層有相同的導(dǎo)電性能。校準(zhǔn)試樣的覆層經(jīng)過其它（包括有損測試方法）測試后標(biāo)定厚度或用已標(biāo)定的校準(zhǔn)薄片做覆層，就可以在其上面按說明書的方法校準(zhǔn)測厚儀。校準(zhǔn)后就可以在被測產(chǎn)品上進(jìn)行快速無損檢測。校準(zhǔn)薄片一般用三醋酸酯薄膜或經(jīng)苯酚樹脂浸漬過的硬紙。
微電腦測厚一般有多個校準(zhǔn)值存貯。隨著被測產(chǎn)品的不同位置、材料變化、更換測頭等均可分別校準(zhǔn)并存貯。實際使用時直接調(diào)用各校準(zhǔn)值，就無須重新調(diào)校了。這即是所謂“速換基準(zhǔn)”。大大提高了檢測效率。
涂層測厚儀的無損檢測方法與原理-影響測量值的因素與解決方法
使用測厚儀與使用其他儀器一樣，既要掌握儀器性能，也需了解測試條件。使用磁性原理和渦流原理的覆層測厚儀都是基于被測基體的電、磁特性及與探頭的距離來測量覆層厚度的，所以，被測基體的電磁物理特性與物理尺寸都要影響磁通與電渦流的大小。即影響到測量值的可靠性。
