Tjockleksmätning (NDT)

Att mäta tjockleken på material kan ibland vara svårt. I vissa fall kan man använda ett skjutmått, en tumstock eller till och med ögonmått. Men vad händer när man inte kan komma åt med en tumstock eller man vill mäta på ett rör där man inte ser tjockleken. Då är tjockleksmätning med hjälp av ultraljud och/eller magnetism ett väldigt bra verktyg.

Vanliga applikationer för tjockleksmätning med hjälp av ultraljud är kvalitetskontroll av glasflaskor, plastflaskor och liknande men även årliga kontroller av till exempel gasflaskor, tuber, rörledningar och liknande. Med instrumenten EHC-03, EHC-09, ECHO 9, UPG-07, ECHO 7 och ECHO 8 täcker vi 99% av applikationerna som finns på marknaden idag. Instrumenten erbjuder allt från enkelt och billigt till mycket avancerat men ändå prisvärt.

Kontakta oss

Fyll i formuläret nedan och skicka din förfrågan!

Hur fungerar tjockleksmätning med ultraljud?

Ljudenergi kan genereras över ett brett frekvensspektrum. Hörbart ljud förekommer i ett relativt lågt frekvensområde med en övre gräns runt tjugo tusen cykler per sekund (20 kHz). Ju högre frekvens, desto högre tonhöjd uppfattas. Ultraljud är ljudenergi vid högre frekvenser, bortom gränsen för människans hörsel.

Ultraljudsprovning utförs främst i frekvensområdet 500 kHz till 20 MHz, även om vissa specialiserade instrument kan användas både betydligt lägre och högre. Oavsett frekvens består ljudenergi av ett mönster av organiserade mekaniska vibrationer som reser genom ett medium, såsom luft eller stål enligt grundläggande vågfysiklagar.

Instrumenten för tjockleksmätning fungerar genom att mycket noggrant mäta hur lång tid det tar för en ljudpuls som har genererats av en liten sond som kallas en ultraljudsökare för att resa genom en provbit och reflekteras tillbaka från insidan eller den bortre väggen. 

Sökaren innehåller ett piezoelektriskt element som exciteras av en kort elektrisk impuls för att alstra en skur av ultraljudsvågor. Ljudvågorna propagerar sig i materialet och färdas genom den tills de stöter på en bakre vägg eller annan gräns. Därefter reflekteras ljudvågorna tillbaka till sökaren, som omvandlar ljudenergin tillbaka till elektrisk energi. I huvudsak lyssnar instrumentet efter ekot från den motsatta sidan. Normalt tidsintervall är bara några miljondelar av en sekund. Instrumentet är programmerat med ljudhastigheten för materialet, från vilket det sedan kan beräkna tjockleken.

Det är viktigt att notera att ljudhastigheten i testmaterialet är en viktig del av denna beräkning. Olika material propagerar ljudvågor vid olika hastigheter, i allmänhet snabbare i hårda material och långsammare i mjuka material och ljudhastigheten kan förändras avsevärt med temperaturen. Därför är det alltid nödvändigt att kalibrera ett instrument till ljudets hastighet i det materialet som skall mätas, och noggrannheten kan endast bli så bra som denna kalibrering.

Ljudvågor i megahertzintervallet reser inte så effektivt genom luft, så en droppe kopplingsvätska används mellan omvandlaren och provbiten för att uppnå bra ljudöverföring. Vanliga kopplingsmedium är glycerin, propylenglykol, vatten, olja och gel. Det behövs bara en liten mängd, precis tillräckligt för att fylla den extremt tunna luftspalten som annars skulle finnas mellan givaren och målet.

Tjockleksmätning och dess mätmetoder

Det finns tre vanliga metoder för att mäta tidsintervallet som representerar ljudvågens rörelse genom provbiten.

Klass 1 är den vanligaste metoden. Den innebär att mäta av tidsintervallet mellan excitationspulsen, som genererar ljudvågen, och det första ekot samt att subtrahera ett liten nollförskjutningsvärde som kompenserar för förseningar i instrumentet, kabeln och sökaren.
Klass 2 innebär mätning av tidsintervallet mellan ett eko som returneras från ytan av provbiten och sedan det första ekot som representerar botten eller insidan av materialet.
Klass 3 innebär att mäta tidsintervallet mellan två på varandra följande ekon från botten eller insidan av ett material.

Typ av sökare och de specifika applikationskraven kommer vanligtvis diktera valet av mätmetod.
Klass 1, som används med kontaksökare, är ett generellt testläge och rekommenderas för de flesta applikationer.
Klass 2 används med fördröjningsledning eller immersionssökare, oftast för mätningar på skarpa konkava och konvexa radier eller i trånga utrymmen, för on-line mätning av rörliga material med immersionssökare, och för hög-temperaturmätningar med fördröjningsledare.
Klass 3, som också är för mätning med sökare med fördröjningsledning eller immersionssökare, erbjuder vanligtvis den högsta mätnoggrannheten och bästa upplösningen i en given tillämpning, dock på bekostnad av penetration. Det används ofta när noggrannheten och/eller upplösningskraven inte kan uppfyllas i läge 1 eller 2. Läge 3 kan endast användas på material som producerar flera rena bottenekon, typiskt låga dämpningsmaterial som finkorniga metaller, glas och de flesta keramiska material.

Kommersiella instrument är i allmänhet indelade i två typer; korrosionsinstrument och precisionsinstrument. Den enskilt viktigaste applikationen för tjockleksmätning med ultraljud är att mäta den återstående väggtjockleken på metallrör, tankar, konstruktionsdelar och tryckkärl. Detta för att kontrollera eventuell intern korrosion som inte kan ses från utsidan. Korrosionsinstrumenten är avsedda för denna typ av mätning, med hjälp av dubbelkristallssökare samt olika signalbehandlingstekniker är de optimerade för att detektera den minsta återstående tjockleken i ett grovt korroderat material.
 
Precisionsinstrumenten som använder singelkristallssökare rekommenderas för alla andra applikationer såsom släta metaller men även plaster, glasfiber, kompositer, gummi och keramik. Med den mängd olika sökare som finns blir precisionsinstrumenten extremt mångsidiga och i många fall kan de mäta med en noggrannhet på +/- 0,001 "(0,025 mm).

Läs mer om våra instrument för tjockleksmätning här

Kontaktsökare: Som namnet antyder, används kontaktsökare i direkt kontakt med materialet. Mätning med kontaktgivare är ofta enklast att genomföra och de är oftast det första valet för vanlig tjockleksmätning.
 
Fördröjningsledningssökare: Fördröjningsledningssökare adderar en cylinder av plast, epoxi, eller kvarts som en typ av fördröjningsledning (kil) mellan det aktiva elementet och provbiten. En viktig anledning till att använda dessa är för tunna materialmätningar där det är viktigt att skilja excitationspulsen från bottenekot. En fördröjningsledning kan användas som en värmeisolator som skyddar det värmekänsliga elementet från direkt kontakt med heta provbitar, fördröjningslinjer kan även vara formade för att förbättra ljudkopplingen i skarpt krökta eller trånga utrymmen.

Immersionssökare: Immersionssökare använder en kolonn eller ett vattenbad för att koppla ljudenergi i materialet. De kan användas vid till exempel on-line mätningar av rörliga objekt, för skannade mätningar, eller för att optimera koppling till vassa, fasade spår eller kanaler.
 
Dubbelkristallssökare: Dubbelkristallssökare, eller helt enkelt ”dubbelkristaller", används främst för mätning av skrovliga, korroderade ytor med korrosionsinstrument. Den innehåller separat sändande och mottagande element monterade på en fördröjningsledning med en liten vinkel för att fokusera energi ett valt avstånd under ytan i ett material. Även om mätning med dubbelkristaller inte är lika exakt som andra sökare, brukar de ge betydligt bättre prestanda vid korrosionsundersökningar.

Läs mer om våra tillbehör för tjockleksmätning här

Att tänka på vid tjockleksmätning

I varje applikation beror instrument- och sökarvalet på materialet som skall mätas, tjockleken, geometrin, temperaturen, noggrannhetskraven och eventuella särskilda villkor som kan förekomma. Nedan är de viktigaste faktorerna som bör beaktas.
 
Material: Den typ av material och vilken tjocklek som mäts är de viktigaste faktorerna i att välja rätt instrument och sökare. Många vanliga konstruktionsmaterial inklusive de flesta metaller, keramik och glas propagerar ultraljud mycket effektivt och kan lätt mätas över ett stort tjockleksområde. De flesta plaster däremot absorberar ultraljudsenergin snabbare och får därmed ett mer begränsat mätområde, men kan ändå mätas lätt i de flesta situationer. Gummi, glasfiber och många kompositer kan vara mycket mer förmildrande och kräver ett instrument med högre penetrationsförmåga.
 
Tjocklek: Tjockleksområdet kommer också att diktera vilken typ av instrument och sökare som bör väljas. I allmänhet mäts tunna material med höga frekvenser och tjocka eller förmildrande material mäts med låga frekvenser. Fördröjningsledningssökare används ofta på mycket tunna material, vid mätning av tjockare material kan störningar uppstå från en multipel av gränssnittsekot. I vissa fall som vid väldigt tjockt material och/eller flera material kan mer än en typ av sökare krävas.
 
Geometri: Då krökningen av ett material ökar, minskar kopplingseffektiviteten mellan sökaren och materialet, så om krökningsradien minskar bör storleken av sökaren i allmänhet också minska. Mätning på mycket skarpa radier, särskilt konkava kurvor, kan kräva speciellt profilerade fördröjningsledningssökare eller immersionsssökare för korrekt koppling. Fördröjningsledningssökare och immersionsssökare kan också användas för mätning i spår, håligheter och liknande områden med begränsad tillgång.
 
Temperatur: Vanliga kontaktsökare kan i allmänhet användas på ytor upp till ca 50°C. Användning av de flesta kontaktsökare på varmare material kan leda till permanenta skador på grund av värmeexpansionseffekter. I sådana fall bör fördröjningsledningssökare med värmebeständiga fördröjningsledningar, immersionssökare eller dubbelkristallssökare för hög temperatur användas.
 
Fasvändning: Det finns enstaka tillämpningar där ett material med låg akustisk impedans är bunden till ett material med högre akustisk impedans. Typiska exempel är plast, gummi eller glasbeläggningar på stål eller andra metaller, och polymerbeläggningar på glasfiber. I dessa fall kommer ekot från gränsen mellan de två materialen att fasvändas med avseende på ekot som erhölls från en luftgräns. Detta villkor kan normalt upptas av en enkel inställningsändring i instrumentet, men om det inte tas med i beräkningen kan avläsningen vara felaktig.
 
Noggrannhet: Många faktorer kan påverka mätnoggrannheten såsom korrekt instrumentkalibrering, ljudhastigheten i hela materialet, ljuddämpning och spridning, ytjämnhet, krökningar, koppling och icke-parallellitet. Alla dessa faktorer bör beaktas vid val av instrument och sökare. Med korrekt kalibrering kan mätningar göras med en noggrannhet på +/- 0,01 mm, och i vissa fall kan noggrannheten närma sig 0.001 mm. Noggrannheten i en given tillämpning kan bäst bestämmas genom användning av referensstandarder av exakt känd tjocklek. I allmänhet används fördröjningsledningssökare eller immersionssökare för de mest exakta mätningarna.

Tjockleksmätningens olika applikationer

Korrosion: Precis vad som helst som är gjort av gemensamma strukturella metaller kan bli föremål för korrosion. Ett särskilt viktigt problem på många industrier är mätning av återstående väggtjocklek i rör, slangar eller tankar som kan vara korroderade på insidan. Sådan korrosion är ofta svår att detektera genom visuell inspektion utan att skära eller demontera rör eller tankar. Strukturella stålbalkar, i synnerhet bropelare och pålar av stål, är också föremål för korrosion som reducerar den ursprungliga tjockleken av metallen. Om detta inte upptäcks i tid kommer korrosionen att försvaga konstruktionen och eventuellt leda till farliga strukturella brister. Både säkerhet och ekonomiska överväganden kräver att metallrör, tankar eller strukturer som är utsatta för korrosion skall inspekteras regelbundet. Ultraljudsprovning är en allmänt accepterad icke-förstörande metod för att utföra denna kontroll, och ultraljudsprovning av korroderad metall görs vanligen med dubbelkristallssökare och dedikerade korrosionsinstrument
 
Metaller: Tjockleksmätare kan användas för att mäta ett brett utbud av smidda, valsade, bearbetade, gjutna eller extruderade metallvaror över en tjocklek från cirka 0,2 mm upp till 500 mm, beroende på kornstruktur.
Några av de vanligaste exemplen är listade nedan:

  • Rör och tankar - korrosionsmätning omfattar metallrör och tankar, men exakt tjockleksmätning under tillverkningsprocessen är också möjligt.
  • Plåt och bandmaterial - kan normalt mätas med mycket hög noggrannhet på alla ställen där det finns tillgång till en sida. Ultraljudsinstrument är särskilt användbart i fallet med breda produkter som inte enkelt kan mätas med mekaniska instrument förutom vid kanterna.
  • Fordonsplåt - den komplexa formen och stora storleken på fordonsplåt kan göra mekanisk mätning utmanande men ultraljud kan genomföras på något ställe där det finns tillgång till en sida.
  • Rör med liten diameter - väggtjocklek och koncentricitet hos metallrör så liten som 2 mm i diameter kan mätas med användning av fokuserade sökare.
  • Gjutning - väggtjocklek på järnhaltiga och icke järnhaltiga gjutgods kan mätas med ultraljud, även de med komplexa former såsom motorblock. Ultraljud kan också användas för att kontrollera nodularitet i gjutjärn.
  • Turbinblad - väggtjocklek av ihåliga turbinblad till flygplansmotorer och liknande kritiska applikationer kan mätas med små fokuserade sökare, både för att upptäcka kärnskift under tillverkning och att upptäcka slitage.
  • Bearbetade delar - under bearbetningsoperationer kan det vara nödvändigt att kontrollera väggtjockleken av delar för att säkerställa att de är inom specifikationen. Ultraljudssinstrument kan oftast göra denna mätning när den inre ytan av delen är svår eller omöjlig att nå.

 
Plaster: Eftersom användningen av icke-metalliska konstruktionsmaterial inom industrin har ökat så har behovet av att mäta väggtjocklek för kvalitetskontroll också ökat. Alla vanliga plaster, glasfiber och kompositer kan mätas med ultraljud. Se exempel nedan:

  • Flaskor och behållare - tillverkare av formblåsta samt formgjutna flaskor och behållare måste kontrollera väggtjockleken som vanligtvis är oåtkomlig för mekanisk mätning.
  • Plaströr - både on-line och off-line mätning av plaströrs väggtjocklek kan göras för att försäkra rundgång.
  • Plaströr - små rör med diametrar så små som 2 mm, inklusive katetrar och annan medicinsk slang, kan mätas med fokuserade givare.
  • Kablar och trådisolering - tjockleken på plastisolering på både stora och små elektriska och fiberoptiska kablar kan mätas för att säkerställa till exempel koncentricitet.
  • Plastformar - både strukturella plast- och spärrskikt kan mätas i formen för att hjälpa till att försäkra en korrekt tjocklek i slutprodukten.
  • Containrar och tankar med flera lager - även i många fall kan ultraljud mäta gastätningar och andra skikttjocklekar i flerskiktsflaskor, matbehållare, bränsletankar och liknande produkter.
  • Glasfiberrör och tankar - dessa produkter kan mätas både i tillverkning och efter installation för att kontrollera väggtjockleken och upptäcka delaminering.
  • Glasfiberbåtar - båttillverkare och marina lantmätare kan mäta skrovtjocklek, med hjälp av instrument med hög penetration kan även större båtar mätas.
  • Kompositstrukturer - flygkompositer i form av ving- och karosseridelar kan mätas för tjocklek och undersökas med avseende på delaminering med enkla instrument.
 
Övriga Material: Förutom att mäta oädla metaller och plaster kan ultraljud användas i en mängd andra applikationer, ett fåtal av dessa är listade här nedan:
  • Gummi - ljuddämpningen i gummi är vanligtvis hög i jämförelse med andra material, men tjockleken kan oftast mätas med ett instrument med hög penetration. Vanliga applikationer är väggtjocklek av gummislang, total tjocklek och djupförstärkning i gummitransportband samt tjocklek i däck.
  • Keramik - keramik såsom keramiska rör, behållare, turbinblad och ventiler samt keramiska beläggningar är väl lämpat för ultraljudsmätdon.
  • Glas - glas är vanligtvis mycket genomsläppligt för ljudvågor så glasbehållare, glasrör med liten diameter, vetenskapligt glas, glödlampor, glasbeläggningar och liknande produkter kan alla mätas.
  • Vätskenivå - tjockleksmätare kan ofta mäta höjden eller djupet av vätskor inuti slutna behållare, och i situationer där traditionella metoder inte kan användas. Tjockleksmätare kan också användas för att bestämma närvaro eller frånvaro av vätska vid en viss punkt i en tank eller annan behållare.
  • Vaxmönster - tjockleken på vaxmönster som används för att skapa formar för turbinblad och liknande precisionsprodukter kan mätas, inklusive tjockleken av vax över keramiska kärnor.
  • Biologiska prover - tjocklek för mjuk vävnad såsom hud, muskler, fett och blodkärlsväggar kan ofta mätas i biomedicinska forskningstillämpningar.