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涂镀层测厚的无损检测方法
无损检测技术是一门理论上综合性较强,又非常重视实践环节的很有发展前途的学科。它涉及到材料的物理性质,

产品设计,制造工艺,断裂力学以及有限元计算等诸多方面。

    在化工,电子,电力,金属等行业中,为了实现对各类材料的保护或装饰作用,通常采用喷涂有色金属覆盖以及磷

化、阳极氧化处理等方法,这样便出现了涂层、镀层、敷层、贴层或化学生成膜等概念,我们称之为“覆层”。

    覆层的厚度测量已成为金属加工工业已用户进行成品质量检测必备的最重要工序。是产品达到优质标准的必备手

段。目前,国内外已普遍按统一的国际标准测定涂镀层厚度,覆层无损检测的方法和仪器的选择随着材料物理性质研究

方面的逐渐进步而更加至关重要。

    有关覆层无损检测方法,主要有:楔切法、光截法、电解法、厚度差测量法、称重法、X射线莹光法、β射线反射

法、电容法、磁性测量法及涡流测量法等。这些方法中除了后五种外大多都要损坏产品或产品表面,系有损检测,测量

手段繁琐,速度慢,多适用于抽样检验。

    X射线和β射线反射法可以无接触无损测量,但装置复杂昂贵,测量范围小。因有放射源,故,使用者必须遵守射

线防护规范,一般多用于各层金属镀层的厚度测量。

    电容法一般仅在很薄导电体的绝缘覆层厚度测试上应用 。

    磁性测量法及涡流测量法,随着技术的日益进步,特别是近年来引入微处理机技术后,测厚仪向微型、智能型、多

功能、高精度、实用化方面迈进了一大步。测量的分辨率已达0.1μm,精度可达到1%。又有适用范围广,量程宽、操

作简便、价廉等特点。是工业和科研使用最广泛的仪器。超声波物位计,超声波液位计,超声波测厚仪。

    采用无损检测方法测厚既不破坏覆层也不破坏基材,检测速度快,故能使大量的检测工作经济地进行。以下分别介

绍几种常规测厚的方法。 

    磁性测量原理 

    一、磁吸力原理测厚仪 

    利用永久磁铁测头与导磁钢材之间的吸力大小与处于两者之间的距离成一定比例关系可测量覆层的厚度,这个距离

就是覆层的厚度,所以只要覆层与基材的导磁率之差足够大,就可以进行测量。鉴于大多数工业品采用结构钢和热轧冷

轧钢板冲压成形,所以磁性测厚仪应用最广。测量仪基本结构是磁钢,拉簧,标尺及自停机构。当磁钢与被测物吸合

后,有一个弹簧在其后逐渐拉长,拉力逐渐增大,当拉力钢大于吸力磁钢脱离的一瞬间记录下拉力的大小即可获得覆层

厚度。一般来讲,依不同的型号又不同的量程与适应场合。在一个约350o角度内可用刻度表示0~100μm;0~1000μm;

0~5mm等的覆层厚度,精度可达5%以上,能满足工业应用的一般要求。这种仪器的特点是操作简单、强固耐用、不用

电源和测量前的校准,价格也较低,很适合车间作现场质量控制。

    二、磁感应原理测厚仪 

    磁感应原理是利用测头经过非铁磁覆层而流入铁基材的磁通大小来测定覆层厚度的,覆层愈厚,磁通愈小。由于是

电子仪器,校准容易,可以实多种功能,扩大量程,提高精度,由于测试条件可降低许多,故比磁吸力式应用领域更

广。 当软铁芯上绕着线圈的测头放在被测物上后,仪器自动输出测试电流,磁通的大小影响到感应电动势的大小,仪

器 将该信号放大后来指示覆层厚度。早期的产品用表头指示,精度和重复性都不好,后来发展了数字显示式,电路设

计 也日趋完善。近年来引入微处理机技术及电子开关,稳频等最新技术,多种获专利的产品相继问世,精度有了很大

的提高,达到1%,分辨率达到0.1μm,磁感应测厚仪的测头多采用软钢做导磁铁芯,线圈电流的频率不高,以降低涡流

效应的影响,测头具有温度补偿功能。由于仪器已智能化,可以辨识不同的测头,配合不同的软件及自动改变测头电流

和频率。一台仪器能配合多种测头,也可以用同一台仪器。可以说,适用于工业生产及科学研究的仪器已达到了了非常

实用化的阶段。

    利用电磁原理研制的测厚仪,原则上适用所有非导磁覆层测量, 一般要求基本的磁导率达500以上。覆层材料如也

是磁性的,则要求与基材的磁导率有足够大的差距(如钢上镀镍层)。磁性原理测厚仪可以应用在精确测量钢铁表面的

油漆涂层,瓷、搪瓷防护层,塑料、橡胶覆层,包括镍铬在内的各种有色金属电镀层,化工石油行业的各种防腐涂层。

对于感光胶片、电容器纸、塑料、聚酯等薄膜生产工业,利用测量平台或辊(钢铁制造)也可用来实现大面积上任一点

的测量。超声波物位计,超声波液位计,超声波测厚仪,声发射 超声波清洗机 洗片机. 

    微电脑测厚一般有多个校准值存贮。随着被测产品的不同位置、材料变化、更换测头等均可分别校准并存贮。实际

使用时直接调用各校准值,就无须重新调校了。这即是所谓“速换基准”。大大提高了检测效率。

    测试数据在智能化仪器里一般可以存贮、打印、计算统计数据供分析,还有可以打印直方图的功能使覆层厚度分布

一目了然。如设置了上下极限还可以使统计数据更加准确,测量时所有超限的点都有声响提醒注意并不取入做统计计算

用。

    影响测量值的因素与解决方法 

    使用测厚仪与使用其他仪器一样,既要掌握仪器性能,也需了解测试条件。使用磁性原理和涡流原理的覆层测厚仪

都是基于被测基体的电、磁特性及与探头的距离来测量覆层厚度的,所以,被测基体的电磁物理特性与物理尺寸都要影

响磁通与电涡流的大小。即影响到测量值的可靠性,下面就这方面的问题作一下介绍。

1.边界间距

    如果探头与被测体边界、孔眼、空腔、其他截面变化处的间距小于规定的边界间距,由于磁通或涡流载体截面不够

将导致测量误差。如必须测量该点的覆层厚度,只有预先在相同条件的无覆层表面进行校准,才能测量。(注:最新的

产品有透过覆层校准的独特功能可达3~10%的精度)

2.基体表面曲率
 

在一个平直的对比试样上校准好一个初始值,然后在测量覆层厚度后减去这个初始值。或参照下条。

3.基体金属最小厚度

    基体金属必须有一个给定的最小厚度,使探头的电磁场能完全包容在基体金属中,最小厚度与测量器的性能及金属

基体的性质有关,在这个厚度之上刚好可以进行测量而不用对测量值修正。对于基体厚度不够而产生的影响,可以采取

在基材下面紧贴一块相同材料的措施予以消除。如难以决断,或无法加基材则可以通过与已知覆层厚度的试样进行对比

来确定与额定值的差值。并且在测量中考虑这点而对测量值作相应的修正或参考第2条修正。而那些可以标定的仪器通

过调整旋钮或按键,便可以得到准确的直读厚度值。

反之利用厚度太小产生的影响又可以研制直接测铜箔厚度的测厚仪,如前所述。

4.表面粗糙度和表面清洁度
 

    在粗糙度表面上为获得一个有代表性的平均测量值必须进行多次测量才行。显而易见,不论是基体或是覆层,越粗

糙,测量值越不可靠。为获得可靠的数据,基体的平均粗糙度Ra应小于覆层厚度的5%。而对于表面杂质,则应予去

除。 有的仪表上下限,以剔除那些“飞点”。

5.探头测量板的作用力

    探头测量时的作用力应是恒定的。并应尽可能小。才不致使软的覆层发生形变,以致测量值下降。活产生大的波

动,必要时,可在两者之间垫一层硬的,不导电的,具有一定厚度的硬性薄膜。这样通过减去薄膜厚度就能适当地得到

剩磁。

6.外界恒磁场、电磁场和基体剩磁
 

    应该避免在有干扰作用的外界磁场附近进行测量。残存的剩磁,根据检测器的性能可能导致或多或少的测量误差,

但是如结构钢,深冲成形钢板等一般不会出现上述现象。

7.覆层材料中的铁磁成份和导电成份
 

    覆层中存在某些铁磁成分,如某种颜料时,会对测量值产生影响,在这种情况下,对用作校准的对比试样覆层应具

有与被测物覆层相同的电磁特性,经校准后使用。使用的方法可以是将同样的覆层涂在铝或铜板试样上,用电涡流法测

试后获得对比标准
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