钢结构防腐涡流涂镀层测厚仪开发与应用现状

前言
　　众所周知，各种工程材料表面的涂镀层通常对于被涂装基体具有装饰性和防护性双重作用，然而这种覆盖层的厚度过薄将难以发挥上述作用，过厚则会造成经济上的浪费，而且涂镀层厚薄不匀或未达到规定要求，将会对其多项机械物理性能产生不良影响。因此，在涂装施工和质量检验过程中，涂镀层厚度是一项重要的控制指针。
　　涂镀层厚度测量，方法各异，仪器多样，应用时需根据被涂装基体的材质（磁性、非磁性）、表面形态（平整、粗糙、平面、曲面）和覆盖层性质（导电、非导电）及测定环境（实验室、涂装现场）等不同条件合理选择，以提高测试精度，确保涂装质量。
涂镀层厚度的无损检测，迄今已采用了磁性法、涡流法、X射线光谱法、β射线反向散射法等多种检测方法，并已制订出相应的技术标准。但就上列各种方法应用的广度和深度来说，磁性法和涡流法的应用更为普遍，且技术进展迅速。本文拟对涡流涂镀层测厚仪的开发和应用现状作初浅的探讨。
　　一、涡流涂镀层测厚技术的基本原理
　　现代工程材料开发与应用实践表明，铝、铜、锌等各种有色金属材料及其合金材料在航空、建材、冶金、轻工、机械、仪表、化工等行业的广泛应用，往往都需借助氧化膜、油漆、喷塑、橡胶等表面覆盖层的防腐保护，延长其使用寿命。应用电涡流技术开发的涡流涂镀层测厚仪，则是无损测量上列非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度的有效手段。
　　涡流涂镀层测厚仪的基本工作原理是：当测头与被测试样接触时，测头装置所产生的高频电磁场，使置于测头下面的金属导体产生涡流，其振幅和相位是导体与测头之间非导电覆盖层厚度的函数，即该涡流产生的交变电磁场会改变测头参数，而测头参数变量的大小则取决于涂镀层的厚度。通过测量测头参数变量的大小，并将这一电信号转换处理，即可得到被测涂镀层的厚度值。
　　二、涡流涂镀层测厚方法标准概况
　　在国家标准GB/T4957-85《非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度测量涡流方法》（等效采用国际标准ISO 2360-1982）中，对涡流测厚仪的标准、操作程序和影响测量精度的因素及其注意事项作了详细地阐 述。其中有关影响测量精度因素的条款，应视作涡流涂镀层测厚仪开发应用必须遵循的指导性文件，这些影响测量精度的主要因素包括：
　　1、覆盖层厚度大于25μm时，其误差与覆盖层厚度近似成正比。
　　2、基体金属的电导率对测量有影响，它与基体金属材料成分及热处理方法有关。
　　3、任何一种测厚仪都要求基体金属有一个临界厚度，只有大于这个厚度，测量才不会受基体金属厚度的影响。
　　4、涡流测厚仪对试样测定存在边缘效应，即对靠近试样边缘或内转角处的测量是不可靠的。
　　5、试样的曲率对测量有影响，这种影响将随着曲率半径的减小明显地增大。
　　6、基体金属和覆盖层的表面粗糙度影响测量精 度，粗糙程度增加，影响增大。
　　7、涡流测厚仪对妨碍测头与覆盖层表面紧密接触的附着物质敏感，因此测量前应清除测头和覆盖层表面的污物，测量时应使测头与测试表面保持恒压垂直接触。
　　以上各项要点，既严格规范了顾客实施测厚全过程的工作质量，又为生产厂商提供了仪器开发必须遵循的设计依据，因而有力地促进了涡流测厚技术的总体发展。
　　三、涡流涂镀层测厚仪开发与应用现状
　　采用电涡流原理开发涡流涂镀层测厚仪，测量非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度，国内外已有数十年历史，上世纪六十年代末期，已有国产的电子管式涡流测厚仪应市。随着新型工程材料开发及微电子技术应用和标准化事业进程，近十年来，涡流测厚技术得到迅速发展，涡流涂镀层测厚仪在电路设计、新型传感器开发应用、测头的多制式与通用性、量值显示与数据打印、测控功能扩展及其智能化诸方面，都不断取得突破与创新。现将国内外具代表性典型仪器的主要技术参数，功能特征及应用性能分叙如下。
　　1、HCC-25型电涡流测厚仪
　　上世纪九十年代初期，中外合资上海华阳检测仪器有限公司率先推出的HCC-25型电涡流测厚仪，是一种小型、便携、适用于涂装现场测试的智能化仪器，其测量范围为0μm～1200μm；测量精度为±（1～3%H+ 1μm）[注：H为标准值]。它采用了耐磨导套式测头和单片机技术，具有以4位LCD显示测量的平均 值、最大值、最小值、标准偏差和测量次数五项数据统计功能，属国产涡流测厚仪的升级换代产品，受到顾客好评。
　　2、ED200型涡流测厚仪
　　大陆沈阳市某公司测控技术研究所于上世纪九十年代末开发应市的ED200型涡流测厚仪，除可自动校 正、自动纠错和自动统计显示五项测量数据外，还备有电源欠压提示，自动关机和蜂鸣报告故障功能。其测量范围为0μm～50μm和0μm～100μm任选；测量精度为±3%±0.5μm。应用实践表明，该仪器性能稳定可靠，操作方便，测量重现性好。
　　3、TT230型数字式复层测厚仪
　　中国某集团公司研制的TT230型数字式复层测厚仪，其主要技术参数与大陆上海某公司生产的HCC-25型相近；其基本功能则与大陆沈阳某公司的ED200型相似。不同之处在于它采取内置式测头，在国产涡流测厚仪中率先实现仪器主机与测头一体化，因而更适用于工程现场的快速无损检测，标志着中国涂镀层测厚技术的空前进步。该仪器遵循国家标准GB/T4957-85设计研制，在其技术参数中明晰标注出仪器应用对被测物基体形态的要求，即①待测基体最小曲率半径：凸3mm，凹10mm；②基体最小面积的直径：Ф5mm；③基体临界厚度：0.3mm。这对指导顾客合理使用仪器，确保测量精度，提供了有益的说明。
　>　4、Quanix1500型金属涂镀层测厚仪
　　上世纪九十年代末期进入中国市场的德国Quanix 1500型金属涂镀层测厚仪，采用了先进的半导体电子调谐技术和内置双测头的一体化结构，它实现了同一仪器兼顾磁性与涡流两种测厚原理，通过主机正反两侧各自独立的镶有红宝石探针的内置式测头，即可应用磁性方法测量钢铁等磁性基体上非磁性涂镀层厚 度，也可应用涡流方法测量铝、铜等非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度。其涡流法的测量范围为0μm～2000μm测量精度为2%～5%，而且其测量值的单位可用微米或密耳互换显示。该仪器的优点是结构坚固，操作简便。
　　5、MINITEST4100/3100/2100/1100系列计算机精密涂层测厚仪
　　利用同一测厚仪主机，通过配备多规格可供选择更换的测头，以实现扩展量程和满足各种环境条件下不同被测对象的需要，是近年国内外涂镀层测厚技术创新的重大体现。德国EPK公司在上世纪九十年代中期推出的MINITEST4100/3100/2100/1100系列计算机精密涂层测厚仪，通过选择变更13种智能式测头，可分别用磁性测头或涡流测头对各检测对象进行厚度测量，其涡流测头的最大测量厚度达100mm。该系列的4100型拥有全数统计，打印直方图和采用微处理技术实现由计算机控制的自动测量功能，被誉为万能型涂镀层测厚 仪。中国某集团公司研制的CTG-10型数字式涂镀层测厚仪与之设计原理相同，也可在同一主机上配有10种供选测头，分别用于磁性法或涡流法测厚，并实现了多项测控功能的智能化，这在国产涂镀层测厚仪开发进程中具有划时代的意义。
　　6、ELCOMETER 456型涂层测厚仪
　　英国易高公司最新推出的ELCOMETER 456型涂层测厚仪，以其主机与测头分离式和主机与测头一体化两种不同制式，又各自派生出基本型、标准型和高级型三类机型及29个规格测头(其中含9个规格涡流测头)，从而构筑了矩阵式、自成体系的测试平台，不仅满足了磁性与涡流两类方法进行多种覆盖层和大量程范围的测量要求，而且由于磁性测厚符合BS5411（11）、BS3900（C5）、ISO2178、ISO2808、DIN50981、ASTM B499；涡流测厚符合BS5411（3）、BS3900（C5）、ISO2360、ISO2808、DIN50984、ASTM D1400等多项技术标准，因而大大拓宽了其应用范围与营销市场。CL- COMETER涂层测厚仪采用不同方法原理可测量覆盖层与金属基体的对应关系如表1所示。
　　结 语
　　涡流涂镀层测厚技术的进步有赖于涡流检测技术的全面发展，其中主要包括获取信号（传感 器）、测量参数选择、信号处理和结果显示等几个部分。而传感器是检测技术的关键。据有关文献报导，近年人们在传感器的数字模型、结构、几何尺寸自动优化、特性值的测定、有效屏蔽以及与计算机结合等方面开展的大量研究约占涡流检测技术开发工作总量的18%。而传统的涡流传感器往往因输出电压容易受到电路参数变化的影响，不能保持长期稳定和难以实现