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涂鍍層測厚儀的分類與工作原理
發(fā)布時(shí)間: 2021-08-04  點(diǎn)擊次數(shù): 1637次

涂鍍層測厚儀的分類與工作原理


涂鍍層測厚儀根據(jù)測量原理一般有以下五種類型:
1.磁性測厚法:適用導(dǎo)磁材料上的非導(dǎo)磁層厚度測量.導(dǎo)磁材料一般為:鋼\鐵\銀\鎳.此種方法測量精度高 .
2.渦流測厚法:適用導(dǎo)電金屬上的非導(dǎo)電層厚度測量.此種方法較磁性測厚法精度低.
3.超聲波測厚法:目前國內(nèi)還沒有用此種方法測量涂鍍層厚度的,國外個(gè)別廠家有這樣的儀器,適用多層涂鍍層厚度的測量或則是以上兩種方法都無法測量的場合.但一般價(jià)格昂貴\測量精度也不高.
4.電解測厚法:此方法有別于以上三種,不屬于無損檢測,需要破壞涂鍍層.一般精度也不高.測量起來較其他幾種麻煩.
5.放射測厚法:此種儀器價(jià)格非常昂貴(一般在10萬RMB以上),適用于一些特殊場合.
國內(nèi)目前使用zui為普遍的是第1\2兩種方法。

常規(guī)涂層測厚儀的原理:
對材料表面保護(hù)、裝飾形成的覆蓋層,如涂層、鍍層、敷層、貼層、化學(xué)生成膜等,在有關(guān)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層(coating)。
覆層厚度測量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測的重要一環(huán),是產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的手段。為使產(chǎn)品國際化,我國出口商品和涉外項(xiàng)目中,對覆層厚度有了明確的要求。
覆層厚度的測量方法主要有:楔切法,光截法,電解法,厚度差測量法,稱重法,X射線熒光法,β射線反向散射法,電容法、磁性測量法及渦流測量法等。這些方法中前五種是有損檢測,測量手段繁瑣,速度慢,多適用于抽樣檢驗(yàn)。
X射線和β射線法是無接觸無損測量,但裝置復(fù)雜昂貴,測量范圍較小。因有放射源,使用者必須遵守射線防護(hù)規(guī)范。X射線法可測極薄鍍層、雙鍍層、合金鍍層。β射線法適合鍍層和底材原子序號大于3的鍍層測量。電容法僅在薄導(dǎo)電體的絕緣覆層測厚時(shí)采用。
隨著技術(shù)的日益進(jìn)步,特別是近年來引入微機(jī)技術(shù)后,采用磁性法和渦流法的測厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實(shí)用化的方向進(jìn)了一步。測量的分辨率已達(dá)0.1微米,精度可達(dá)到1%,有了大幅度的提高。它適用范圍廣,量程寬、操作簡便且價(jià)廉,是工業(yè)和科研使用zui廣泛的測厚儀器。
采用無損方法既不破壞覆層也不破壞基材,檢測速度快,能使大量的檢測工作經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行。

測量原理與儀器

一. 磁吸力測量原理及測厚儀
*磁鐵(測頭)與導(dǎo)磁鋼材之間的吸力大小與處于這兩者之間的距離成一定比例關(guān)系,這個(gè)距離就是覆層的厚度。利用這一原理制成測厚儀,只要覆層與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大,就可進(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型,所以磁性測厚儀應(yīng)用zui廣。測厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼,接力簧,標(biāo)尺及自停機(jī)構(gòu)組成。磁鋼與被測物吸合后,將測量簧在其后逐漸拉長,拉力逐漸增大。當(dāng)拉力剛好大于吸力,磁鋼脫離的一瞬間記錄下拉力的大小即可獲得覆層厚度。新型的產(chǎn)品可以自動完成這一記錄過程。不同的型號有不同的量程與適用場合。
這種儀器的特點(diǎn)是操作簡便、堅(jiān)固耐用、不用電源,測量前無須校準(zhǔn),價(jià)格也較低,很適合車間做現(xiàn)場質(zhì)量控制。

二. 磁感應(yīng)測量原理
采用磁感應(yīng)原理時(shí),利用從測頭經(jīng)過非鐵磁覆層而流入鐵磁基體的磁通的大小,來測定覆層厚度。也可以測定與之對應(yīng)的磁阻的大小,來表示其覆層厚度。覆層越厚,則磁阻越大,磁通越小。利用磁感應(yīng)原理的測厚儀,原則上可以有導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁覆層厚度。一般要求基材導(dǎo)磁率在500以上。如果覆層材料也有磁性,則要求與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大(如鋼上鍍鎳)。當(dāng)軟芯上繞著線圈的測頭放在被測樣本上時(shí),儀器自動輸出測試電流或測試信號。早期的產(chǎn)品采用指針式表頭,測量感應(yīng)電動勢的大小,儀器將該信號放大后來指示覆層厚度。近年來的電路設(shè)計(jì)引入穩(wěn)頻、鎖相、溫度補(bǔ)償?shù)鹊匦录夹g(shù),利用磁阻來調(diào)制測量信號。還采用設(shè)計(jì)的集成電路,引入微機(jī),使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高(幾乎達(dá)一個(gè)數(shù)量級)。現(xiàn)代的磁感應(yīng)測厚儀,分辨率達(dá)到0.1um,允許誤差達(dá)1%,量程達(dá)10mm。
磁性原理測厚儀可應(yīng)用來測量鋼鐵表面的油漆層,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,以及化工石油待業(yè)的各種防腐涂層。

三. 電渦流測量原理
高頻交流信號在測頭線圈中產(chǎn)生電磁場,測頭靠近導(dǎo)體時(shí),就在其中形成渦流。測頭離導(dǎo)電基體愈近,則渦流愈大,反射阻抗也愈大。這個(gè)反饋?zhàn)饔昧勘碚髁藴y頭與導(dǎo)電基體之間距離的大小,也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)電覆層厚度的大小。由于這類測頭專門測量非鐵磁金屬基材上的覆層厚度,所以通常稱之為非磁性測頭。非磁性測頭采用高頻材料做線圈鐵芯,例如鉑鎳合金或其它新材料。與磁感應(yīng)原理比較,主要區(qū)別是測頭不同,信號的頻率不同,信號的大小、標(biāo)度關(guān)系不同。與磁感應(yīng)測厚儀一樣,渦流測厚儀也達(dá)到了分辨率0.1um,允許誤差1%,量程10mm的高水平。
采用電渦流原理的測厚儀,原則上對所有導(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、鋁合金門窗及其它鋁制品表面的漆,塑料涂層及陽極氧化膜。覆層材料有一定的導(dǎo)電性,通過校準(zhǔn)同樣也可測量,但要求兩者的導(dǎo)電率之比至少相差3-5倍(如銅上鍍鉻)。雖然鋼鐵基體亦為導(dǎo)電體,但這類任務(wù)還是采用磁性原理測量較為合適

影響涂鍍層測厚儀測量值精度的因素
1.影響因素的有關(guān)說明:
a 基體金屬磁性質(zhì)
磁性法測厚受基體金屬磁性變化的影響(在實(shí)際應(yīng)用中,低碳鋼磁性的變化可以認(rèn)為是輕微的),為了避免熱處理和冷加工因素的影響,應(yīng)使用與試件基體金屬具有相同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)片對儀器進(jìn)行校準(zhǔn);亦可用待涂覆試件進(jìn)行校準(zhǔn)。
b 基體金屬電性質(zhì)
基體金屬的電導(dǎo)率對測量有影響,而基體金屬的電導(dǎo)率與其材料成分及熱處理方法有關(guān)。使用與試件基體金屬具有相同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)片對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。
c 基體金屬厚度
每一種儀器都有一個(gè)基體金屬的臨界厚度。大于這個(gè)厚度,測量就不受基體金屬厚度的影響。本儀器的臨界厚度值見附表1。
d 邊緣效應(yīng)
本儀器對試件表面形狀的陡變敏感。因此在靠近試件邊緣或內(nèi)轉(zhuǎn)角處進(jìn)行測量是不可靠的。
e 曲率
試件的曲率對測量有影響。這種影響總是隨著曲率半徑的減少明顯地增大。因此,在彎曲試件的表面上測量是不可靠的。
f 試件的變形
測頭會使軟覆蓋層試件變形,因此在這些試件上測出可靠的數(shù)據(jù)。
g 表面粗糙度
基體金屬和覆蓋層的表面粗糙程度對測量有影響。粗糙程度增大,影響增大。粗糙表面會引起系統(tǒng)誤差和偶然誤差,每次測量時(shí),在不同位置上應(yīng)增加測量的次數(shù),以克服這種偶然誤差。如果基體金屬粗糙,還必須在未涂覆的粗糙度相類似的基體金屬試件上取幾個(gè)位置校對儀器的零點(diǎn);或用對基體金屬沒有腐蝕的溶液溶解除去覆蓋層后,再校對儀器的零點(diǎn)。
g 磁場
周圍各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場,會嚴(yán)重地干擾磁性法測厚工作。
h 附著物質(zhì)
本儀器對那些妨礙測頭與覆蓋層表面緊密接觸的附著物質(zhì)敏感,因此,必須清除附著物質(zhì),以保證儀器測頭和被測試件表面直接接觸。
i 測頭壓力
測頭置于試件上所施加的壓力大小會影響測量的讀數(shù),因此,要保持壓力恒定。
j 測頭的取向
測頭的放置方式對測量有影響。在測量中,應(yīng)當(dāng)使測頭與試樣表面保持垂直。
2.使用儀器時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)定:
a 基體金屬特性
對于磁性方法,標(biāo)準(zhǔn)片的基體金屬的磁性和表面粗糙度,應(yīng)當(dāng)與試件基體金屬的磁性和表面粗糙度相似。
對于渦流方法,標(biāo)準(zhǔn)片基體金屬的電性質(zhì),應(yīng)當(dāng)與試件基體金屬的電性質(zhì)相似。
b 基體金屬厚度
檢查基體金屬厚度是否超過臨界厚度,如果沒有,可采用3.3中的某種方法進(jìn)行校準(zhǔn)。
c 邊緣效應(yīng)
不應(yīng)在緊靠試件的突變處,如邊緣、洞和內(nèi)轉(zhuǎn)角等處進(jìn)行測量。
d 曲率
不應(yīng)在試件的彎曲表面上測量。
e 讀數(shù)次數(shù)
通常由于儀器的每次讀數(shù)并不*相同,因此必須在每一測量面積內(nèi)取幾個(gè)讀數(shù)。覆蓋層厚度的局部差異,也要求在任一給定的面積內(nèi)進(jìn)行多次測量,表面粗造時(shí)更應(yīng)如此。
f 表面清潔度
測量前,應(yīng)清除表面上的任何附著物質(zhì),如塵土、油脂及腐蝕產(chǎn)物等,但不要除去任何覆蓋層物質(zhì)。

涂鍍層測厚儀中F,N以及FN的區(qū)別:
F代表ferrous鐵磁性基體,F(xiàn)型的涂層測厚儀采用電磁感應(yīng)原理,來測量鋼、鐵等鐵磁質(zhì)金屬基體上的非鐵磁性涂層、鍍層,例如:漆、粉末、塑料、橡膠、合成材料、磷化層、鉻、鋅、鉛、鋁、錫、鎘、瓷、琺瑯、氧化層等。
N代表Non-ferrous非鐵磁性基體,N型的涂層測厚儀采用電渦流原理;來測量用渦流傳感器測量銅、鋁、鋅、錫等基體上的琺瑯、橡膠、油漆、塑料層等。
FN型的涂層測厚儀既采用電磁感應(yīng)原理,又采用采用電渦流原理,是F型和N型的二合一型涂層測厚儀。用途見上。如CMI153涂鍍層測厚儀是FN型雙功能測厚儀。 


 

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