Метод локального измерения толщины тонких металлоизделий с помощью ультразвука

Abstract

При возбуждении ультразвуковых (у.з.) волн Лэмба в тонких металлических пластинках и листах с помощью термоакустического излучателя диаметром от 3 мм и больше происходит изменение формы у.з. импульса. С увеличением диаметра первоначальный импульс начинает разделяться на два. Считается, что за счет градиента температуры источниками разделенных у.з. импульсов являются диаметрально противоположные края ТА- излучателя (термоакустического излучателя). Время отставания этих импульсов относительно друг друга определяется диаметром ТА-излучателя и скоростью распространения волн Лэмба. Этот факт можно использовать для локального измерения скорости волн, поскольку длина участка, на котором производится измерение, не превышает диаметра ТА-излучателя. На основании зависимости между скоростью у.з. волн Лэмба от толщины пластинки и частоты колебаний предложена методика экспериментального измерения толщины пластинки. Проведена оценка доверительных границ суммарных относительной и абсолютной погрешностей измерений. Для сравнения была проведена такая же оценка для случая измерения толщины образца с помощью микрометра. Сделан вывод о том, что если погрешность в измерении толщины металлических листов и пластинок допускается равной или более 5,0 %, то метод измерения с помощью у.з. волн, возбуждаемых оптическими наноимпульсами, можно успешно применять на производстве. Кроме того, этот метод является весьма перспективным при контроле толщины крупногабаритных тонких металлоизделий. During excitation of ultrasonic Lamb waves in thin metal plates and sheets using a thermoacoustic emitter with diameter of 3 mm and more, the shape of ultrasonic pulse changes. As the diameter increases the initial pulse starts dividing into two. It is believed that due to temperature gradient the opposite sides of the thermoacoustic emitter act as sources of the divided ultrasonic pulses. The time of retardation of these pulses from one another is defined by the diameter of the thermoacoustic emitter and the velocity of Lamb waves propagation. This fact may be used for local measurement of the wave velocity since the length of the section under measurement does not exceed the diameter of the thermoacoustic emitter. Based on the functional connection between the velocity of ultrasonic Lamb waves and the plate thickness and oscillation frequency a method was suggested on experimental measurement of plate thickness. Confidence boundaries of cumulative relative and absolute measurement errors were assessed. For comparison, a similar assessment was performed for a case of measuring a sample’s thickness using a micrometer. A conclusion was made that if error in measuring thickness of metal sheets and plates is accepted as equal to or exceeding 5,0 %, then the method of measurement using ultrasonic waves excited by optical nano-pulses may be successfully used at production enterprises. Moreover, this method is quite promising while monitoring thickness of large-size thin metal products