铸铁为什么普通探头容易测不出？粗晶材料的超声波测厚方法

普通探头测量铸铁材料可能遇到三种情况：仪器完全没有读数；有读数但波动很大；数值与实际厚度不符。因为铸铁并不是完全均匀的，内部组织的形态、分布以及基体组织都会影响超声波传播。而且粗晶材料内部晶粒较大，常规探头的频率、晶片尺寸及声束特性不一定适合粗晶材料，发射的超声波在传播过程中可能发生明显散射和衰减，回波信号较弱，导致仪器难以识别底面回波，测量困难。

一、为什么普通探头容易测不出铸铁厚度？

铸铁的哪些材料特性会影响超声波测厚？

多晶体材料由许多晶粒组成，当超声波穿过材料时这些晶界会使超声波偏离原来的方向，沿原方向传播的声能减少，衰减增加。散射的强度和晶粒尺寸与超声波波长的相对关系有关，平均晶粒尺寸和超声波波长相当时散射最剧烈。铸铁这类粗晶材料中较大的晶粒尺寸更容易落入这个区间，所以普通探头超声波在铸铁材料中的衰减远高于细晶材料。

铸铁中含有石墨、珠光体、铁素体等组织，石墨声阻抗和金属基体差异大，每一颗石墨都是一个强散射体，石墨的形态、分布和基体组织会大大影响超声波的传播。片状石墨尖锐的片状边缘和大散射截面会导致高衰减，而球状石墨作为离散的球状颗粒影响则相对温和。

声波传播过程中散射的能量越多，接收晶片就可能接收不到足够强度的回波信号，或者接收到多个强散射回波，难以识别哪个是真正有效的底面回波，仪器就无法稳定计算材料厚度。

除了粗晶组织还有哪些原因会导致铸铁测不出？

铸铁的材料特性不是影响超声波检测的唯一因素，排查测量铸铁材料数据异常原因还要考虑以下原因：

二、粗晶探头和普通探头有什么区别？

粗晶材料检测一般需要选择低频率的粗晶探头，低频超声波的波长较长，能够减少粗晶材料中的散射影响，增强超声波在铸铁等粗晶材料中的穿透能力。但是低频粗晶探头的分辨率较低，因此测量铸铁材料选择探头频率时需要结合材料和测量厚度等，不能简单觉得选频率越低的越好。以林上LS211超声波测厚仪为例：

LS211常规标准探头与粗晶探头参数区别

需要注意以上测量范围等数据是官方实测45#钢的数据，检测铸铁时测量范围可能会有变化。

三、铸铁超声波测厚的实际操作方法

测量前记录下铸铁的类型、工件结构、预计厚度和测量位置，清理测量位置的浮锈、油污、氧化皮和其他松散附着物。假如铸铁工件表面特别粗糙，探头无法贴合，可以在不影响工件安全和实际厚度判断的条件下进行打磨抛光。

铸铁内部组织和石墨形态的变化可能导致声速差异，对检测数据要求高的情况建议选择材质、组织特性和厚度具有代表性的已知厚度样件校准声速。以LS211为例，可以使用“已知厚度反测声速功能”检测材料声速。

在测量点涂抹适量耦合剂，将探头垂直稳定按压在测量表面，先尝试用普通探头测量，看能不能获得有效稳定的底面回波。如果反复出现无读数或读数不稳定的情况，再尝试用低频粗晶探头测量。

重复检测确认测量结果，不能将偶尔出现的单个数值直接认定为真实壁厚。

LS211普通探头与粗晶探头测量铸铁数据记录如下：

可以发现4个测点，每种探头各测量3次的12次测量中，粗晶探头各个测点数据相对稳定，而普通探头数据波动会比粗晶探头大，而且偶尔还会出现无法测出数据的情况。

林上LS211、LS212、LS213、LS215超声波测厚仪都可以搭配2MHz ZT-12粗晶探头，很适合铸铁棒厚度测量、空心铸件壁厚检测，以及泵体、机械壳体等铸件的局部壁厚检测。如果铸件衰减特别严重、表面严重粗糙、或者内外壁不是平行或同轴不利于回波返回的，粗晶探头可能也无法测出稳定数据，可以考虑使用其他检测方法。