| 标准编号 | GB/T 37361-2019 (GB/T37361-2019) | | 中文名称 | 漆膜厚度的测定 超声波测厚仪法 | | 英文名称 | Determination of the film thickness - Ultrasonic thickness gauge method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | G50 | | 国际标准分类 | 87.040 | | 字数估计 | 22,230 | | 发布日期 | 2019-03-25 | | 实施日期 | 2020-02-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | ICS87.040
G50
中华人民共和国国家标准
GB/T 37361-2019/ISO/T S19397:2015
漆膜厚度的测定 超声波测厚仪法
2019-03-25发布
2020-02-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 原理 3
5 测量方法和应用的物理原理 3
6 设备和材料 5
6.1 超声波膜厚测量装置 5
6.2 耦合剂 5
6.3 校准标准 5
7 测量设备的校准, 调整和检查 5
7.1 校准 5
7.2 调整 6
7.3 检查调整 6
8 测定步骤 6
9 测量温度的影响 6
10 精密度 6
10.1 总则 6
10.2 重复性限 6
10.3 再现性限 7
11 试验报告 8
附录A(资料性附录) 人员资质 9
附录B(资料性附录) 精密度确定 10
参考文献 16
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草.
本标准使用翻译法等同采用ISO/T S19397:2015《用超声波测厚仪测定涂层的膜厚》.
与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 5206-2015 色漆和清漆 术语和定义(ISO 4618:2014,IDT).
本标准做了下列编辑性修改:
---为了与现有的漆膜厚度测定法标准相协调,将名称改为《漆膜厚度的测定 超声波测厚仪法》.
本标准由中国石油和化学工业联合会提出.
本标准由全国涂料和颜料标准化技术委员会(SAC/TC5)归口.
本标准起草单位:江苏兰陵高分子材料有限公司, 广州合成材料研究院有限公司, 标格达精密仪器
(广州)有限公司, 浙江鱼童新材料股份有限公司, 中航百慕新材料技术工程股份有限公司, 中海油常州
涂料化工研究院有限公司, 深圳市广田环保涂料有限公司, 河北晨阳工贸集团有限公司, 中华制漆(深
圳)有限公司, 佛山市顺德区巴德富实业有限公司, 中车唐山机车车辆有限公司, 常州光辉化工有限公
司, 浙江明泉工业涂装有限公司, 东莞市恩峰建材科技有限公司, 陕西宝塔山油漆股份有限公司, 福建福
日特种材料有限公司.
本标准主要起草人:穆志超, 陈建刚, 曹晓东, 王崇武, 李欣, 高军, 杨亚良, 屈帅, 付超, 徐小东, 王智,
杨文涛, 赵绍洪, 茅立安, 龙凤佳, 王娅丽, 陈阿治.
漆膜厚度的测定 超声波测厚仪法
1 范围
本标准规定了一种使用超声波测厚仪测定金属和非金属基材上涂层膜厚的方法.
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件.凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件.
ISO 4618 色漆和清漆 术语和定义(Paintsandvarnishes-Termsanddefinitions)
ISO 4618界定的以及下列术语和定义适用于本文件.
3.1
超声波 ultrasonicwave
频率高于人耳的听觉范围的声波,通常其频率高于20kHz.
[EN1330-4:2010,定义3.1.1]
3.2
纵波 longitudinalwave
压缩波 compressionalwave
介质质点的振动方向和波的传播方向相同的波.
[EN1330-4:2010,定义2.3.1]
3.3
回波 echo
反射到探头的超声波脉冲.
[EN1330-4:2010,定义5.5.2]
3.4
回波高度 echoheight
回波振幅 echoamplitude
屏幕上显示的回波(3.3)高度.
[EN1330-4:2010,定义5.5.5]
3.5
超声脉冲 ultrasonicimpulse
持续时间短的超声信号.
3.6
超声波传感器 ultrasonicsensor
超声波探头 ultrasonicprobe
用于发送和接收超声波(3.1)的装置,主要利用压电材料.
3.7
声阻抗 acousticimpedance
材料的密度和声速的乘积.
3.8
在反射面处总的反射声压和入射声压之比.
[EN1330-4:2010,定义3.4.11]
注:波的反射系数R 是通过声阻抗(3.7)Z1和边界介质的声阻抗(3.7)Z2来计算的,其中1是传入声音的介质:
R=
Z2-Z1
Z2+Z1
若反射系数为负值,将反射信号的相位(3.9)改变180°.
3.9
相位 phase
一个完整波周期的某个位置,用角度表示.
[EN1330-4:2010,定义2.2.5]
3.10
界面 interface
声阻抗(3.7)不同的两种介质之间声接触的分界面.
[EN1330-4:2010,定义3.4.1]
3.11
声传播时间 soundpathtraveltime
声波沿路径传播所需的时间.
[EN1330-4:2010,定义5.6.3]
3.12
耦合剂 couplant
耦合膜 couplingfilm
施加于探头和被测物体之间的使超声波能够顺利通过的介质.
[EN1330-4:2010,定义5.3.2]
3.13
A扫描显示 A-scanpresentation
显示超声波信号,其中X 轴以时间表示,Y 轴以幅度表示.
[EN1330-4:2010,定义5.5.16]
注:超声波膜厚测量装置,除了显示膜厚数值外,通常还显示A扫描以用于检查回波形式和回波顺序.
3.14
校准 calibration
在规定条件下的一组操作,其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系,这里测
量标准提供的量值与相应示值都有测量不确定度,第二步,通过这个信息就可以知道如何从示值得到测
量结果.
注1:校准可以用综述, 校准函数, 校准图, 校准曲线或校准表的形式表示.某些情况下,它可以包括对具有测量不
确定度的示值的修正,加修正值或乘修正因子.
注2:注意避免校准与常被错误称作为“自校准”的测量系统的调整及校准验证相混淆.
注3:通常,只把上述定义中的第一步认为是校准.
[ISO/IEC 导则99:2007,定义2.39]
3.15
调整 adjustment
对测量系统进行的一系列操作,以便测量仪器给出规定的对应于待测量值的示值.
注1:测量系统的调整类型通常包括测量系统的零点调整,偏移调整和量程调整(有时称为“增益调整”).
注2:注意避免测量系统的调整与校准(3.14)混淆,这是调整的前提.
注3:测量系统调整后,通常需重新校准测量系统.
[ISO/IEC 导则99:2007,定义3.11]
3.16
工作标准 workingstandard
可溯源到国家标准的标准.
[EN60731:2007,定义3.4.1.2]
4 原理
本标准规定的方法通过在涂层体系界面部分反射的超声波脉冲的传播时间来确定单个涂层的厚
度.从与实际用途相关的不同涂膜基材组合得到的数据可以看出这个方法的优缺点.
5 测量方法和应用的物理原理
当使用超声波测量膜厚时,使用纵波,因为纵波容易产生并且几乎可以与每种液体耦合到一起.如
图1所示,超声波传感器(6)由压电盘和“延迟块”组成,压电盘用于产生和接收声波.传感器中产生的
超声波脉冲首先通过延迟块,然后穿过第1层至第3层,直达基材(1)甚至更远.
到达每个界面的超声波一部分被反射成一个新的超声波脉冲,另一部分通过.超声脉冲照射在第
1层(4)时,超声波传感器会接收到第一个反射.
说明:
1---基材;
2---第3层;
3---第2层;
4---第1层;
5---耦合剂(液体);
6---超声波传感器(发送器和接收器);
E---回波层,1,2,3.
图1 超声波法
超声波脉冲被超声波传感器接收后就被记录下来.在三个单独的层中,超声波脉冲之间的时长对
应的声路径传播时间Ti(i=1, 2, 3).每个界面上反射的超声波脉冲的振幅或回波高度取决于各自的
反射系数.如果已知在每一层中的声速,可以用传播时间计算各自的膜厚.对于每一层,按式(1)计算:
v=
td
T/2
(1)
式中:
v ---声速;
td ---干膜厚度;
T ---该层中的声音路径传播时间(来回).
为了能够利用肉眼来分辨较短声传播时间间隔的回波(例如在厚度20μm的涂层中的传播时间为
20ns),超声波脉冲至少应该一样短.为此,超声频率应当较高(至少是传播时间的一半的倒数),或者
应通过数字信号处理,用较低频率产生A扫描.有关A扫描的示例,参见图2.
当各涂层都太薄时,各个层产生的回波会相互融合.在这种情况下,通过A扫描显示进行评价的
方法不再适用.
在A扫描呈现正和负半波的情况下,应考虑对于负反射因子(Z2< Z1),超声波脉冲的相位改变
180°.如果忽略这一点,则可能出现半波长的相对时间延迟.
超声脉冲在两层界面上形成的信号幅值足够高的前提是:
---足够高的反射系数或者不同的声阻抗Z;
---材料之间有明确的交叉点.
否则,反射可能变得太弱而检测不到.这也可以发生在弯曲的工件上,由于几何形状原因,不是所
有的声波部分都能同时从界面回传到传感器.
说明:
T ---第1,2,3层的声音传播时间;
E ---回波层1,2,3.
图2 A扫描显示的示例
6 设备和材料
6.1 超声波膜厚测量装置
带有超声波传感器及测量组件的装置(见图1).
超声波传感器用于发送和接收超声波脉冲,测量组件用于根据传播时间测定对应的膜厚.
注:用于测量涂层膜厚的超声波传感器会产生超声波信号(纵波),它按垂直于工件和涂层表面的方向进行传播.在
图1的示意图中,表面有倾斜的声传播仅用于说明声波的产生.
6.2 耦合剂
使探头和试样之间声学接触充分耦合.通常采用液体(例如水或油)或凝胶偶联剂.
6.3 校准标准
为检查测量装置的功能,应使用工作标准.
为了检查测量方法和在使用前调整装置,应使用一个工作测量标准,该测量标准在膜厚, 涂层体系,
基材和各涂层厚度等方面应与待测物体相符.
7 测量设备的校准, 调整和检查
7.1 校准
根据制造商提供的信息校准设备.
注:主要是使用测量设备测量信号的传播时间.如果需要,可以用规定厚度和已知声速的校准标准来检查该传播
时间.
7.2 调整
根据制造商提供的信息调整设备.
在调整声速输入时,建议使用具有最小和最大膜厚的试样来测定这些声速.使用超声波膜厚测量
装置测定超声波脉冲的传播时间和声速,根据式(1)计算膜厚,在同一测量区域内的涂层厚度也可用另
一种方法测定.
对每个试样重复进行传播时间的测定,每个试样取平均值.
在选择用于测定声速的测试样本时,应考虑到测试样本厚度越薄,声音传播时间越短,从传播时间
和厚度来确定声速就越不精确.
计算时应注意输入设备制造商使用的数据单位,若使用国际单位进行计算,应将这些数据进行
换算.
7.3 检查调整
设备启动后,若待测目标的涂层体系或基材发生改变,则在记录数据前用工作标准来检查测量设备
的调整.
所有的设备参数应始终按照制造商提供的信息进行设置.
调整后,影响超声波信号的设备设置不得改变.更换探头或改变设备设置时应进行另一次调整.
8 测定步骤
按照制造商提供的信息操作设备.
注:附录A给出了操作人员资质的说明.
在涂层上涂一些耦合剂并测量其膜厚度.将传感器垂直放置在涂层上并按压,使得耦合剂的膜变
得尽可能薄.将探头平稳地保持在测量位置,直到显示稳定的测量值.
9 测量温度的影响
大多数探头的使用温度范围是-20℃~+60℃.然而,建议在常用环境温度的范围内进行超声膜
厚度测量,以便在测量过程中保持测试对象, 耦合剂和探头处于平衡温度.探头中的延迟块或测试对象
中的温度梯度造成声速的不可控的变化和波动会影响测量结果.
在所有材料中,声速或多或少地与温度有关.
注:对于聚合物,负温度系数其变化范围通常为每摄氏度0.1%~0.3%.
为了最大限度地减少由于温度变化而引起的误差,应在恒定的温度条件下测量.调整和随后的测
量应在同一温度下进行.在测量长期中断和环境温度有变化的情况下,应检查调整.
10 精密度
10.1 总则
有关精密度测定的更多资料参见附录B.
10.2 重复性限
重复性限(r)是指在重复性条件下使用本测试方法时,2个测试结果(每个测试结果均为3次有效
测量值的平均值)的绝对差值预计都会低于它的值.在这种情况下,测试结果是由同一操作者,在同一
实验室,按规定的测试方法,在短时间间隔内对同一被测材料测试所获得的.符合本标准的重复性限
(r)按概率值95%进行计算,表1和表2中列出了相对应的值.
表1 各个试样的重复性限(r) 单位为微米
试样 涂膜厚度 重复性(r)
云杉贴面胶合板 100 4
经打磨处理的云杉 100 6
榉木贴面胶合板 100 6
经打磨处理的榉木 100 6
铝 22 3
铝 44 4
碳纤维复合材料 22 3
碳纤维复合材料 44 3
PP(聚丙烯) 22 4
PP(聚丙烯) 44 4
SMC(片状模塑料) 22 5
SMC(片状模塑料) 44 9
钢 22 3
钢 44 4
表2 产品组的重复性限(r) 单位为微米
试样 涂膜厚度 重复性限(r)
木材试样 100 5
金属(铝和钢) 22 3
金属(铝和钢) 44 4
10.3 再现性限
再现性限(R)是指在再现性条件下使用本测试方法时,2个独立的测试结果(每个测试结果均为2
次有效测量值的平均值)的绝对差值预计都会低于它的值.在这种情况下,测试结果是由不同的操作
者,按规定的测试方法,在连续几天中轮班操作,对同一被测材料测试获得的.符合本标准的再现性限
(R)按概率值为95%进行计算,表3和表4中列出了相对应的值.
表3 各个试样的再现性限(R) 单位为微米
试样 涂膜厚度 再现性(R)
云杉贴面胶合板 100 13
经打磨处理的云杉 100 20
榉木贴面胶合板 100 13
经打磨处理的榉木 100 11
铝 22 5
铝 44 7
碳纤维复合材料 22 4
碳纤维复合材料 44 8
PP(聚丙烯) 22 5
PP(聚丙烯) 44 12
SMC(片状模塑料) 22 10
SMC(片状模塑料) 44 14
钢 22 6
钢 44 13
表4 产品组的再现性限(R) 单位为微米
试样 涂膜厚度 再现性(R)
木材试样 100 17
金属(铝和钢) 22 6
金属(铝和钢) 44 11
11 试验报告
试验报告应至少包括如下内容:
a) 识别受试产品必要的全部细节;
b) 注明本标准编号;
c) 测试结果;
d) 任何偏离指定的测试方法;
e) 在测定中出现的任何异常现象;
f) 试验日期.
附 录 A
(资料性附录)
人 员 资 质
按本标准进行超声波厚度测量的操作者应由专业人员向其介绍本方法的物理原理和计量过程,并
且在测试之前应有在该类人员指导下的操作经历.
对于未经测试的涂层体系,应向操作者提供有关产品和待测材料的信息.为了可靠地设置装置,需
要了解超声的物理原理以及对计量过程的详细理解.由于计量工作的相似性,了解最常用的超声波厚
度测量方法是有帮助的(参见参考文献).
附 录 B
(资料性附录)
精密度确定
B.1 实验室之间轮换试验的信息概要
进行实验室之间的轮换试验,以确定使用超声波膜厚测量装置测量膜厚的精密度.五家单位参加
了这个轮换试验.
B.2 试样
为了进行轮换试验,将一个水性标准分散体施涂到十种不同的基材上(见表B.1).将分散体重复
施涂到其中一些基材上,以获得更高的涂膜厚度.
针对每个膜厚,每种类型基材制备5个测试样品.
木材试样的膜厚度为100μm.
对于其他类型的基材,制备膜厚度为22μm和44μm的试验样品.
为了进行基本校准,需要为分光束显微镜准备另外一些参数和横截面积相同的校准试板.
为了直接比较用显微镜/超声波法对膜厚的测量值,还需要为分光束显微镜准备一些其他横截面积
的试板.
表B.1 轮换测试中使用的基材和基材上相应的膜厚
基材 名义膜厚/μm
云杉贴面胶合板 100
经打磨处理的云杉 100
榉木贴面胶合板 100
经打磨处理的榉木 100
铝 22
铝 44
树根木材 44
碳纤维复合材料 22
碳纤维复合材料 44
PP(聚丙烯) 22
PP(聚丙烯) 44
SMC(片状模塑料) 22
SMC(片状模塑料) 44
钢 22
钢 44
B.3 超声波膜厚测量装置
使用频率范围大于200MHz5种不同的超声波膜厚度测量设备进行轮换试验.频率低于200MHz
的设备不适合所有基材.
在测量之前,所有的设备都需按照制造商的提供的信息进行校准.
B.4 重复测定
对每一个试样进行3次测定.
在每个试样上标记3个测量点.
B.5 评价
B.5.1 总则
根据ISO 5725-2和ISO/T R22971对测量结果进行评价.
测试样品树根木材被确定为异常材料,因此在超声精度计算中被忽略.
分别计算了每种基材和膜厚的重复性和再现性(参见表1和表3).
由于各种木材类型以及铝和钢的重复性和再现性是类似的,因此形成了简化的试验组,并计算它们
各自的重复性和再现性.
B.5.2 重复性
图B.1, 图B.2和图B.3显示了各组试样的图:
---膜厚度为100μm的木材试样(见图B.1);
---铝, 碳纤维复合材料, PP, SMC和钢试样,膜厚度为22μm(见图B.2)和44μm(见图B.3).
说明:
Y ---膜厚度,μm;
X ---基材;
1 ---云杉贴面胶合板;
2 ---经打磨处理的云杉;
3 ---榉木贴面胶合板;
4 ---经打磨处理的榉木;
□ ---平均值;
---平均值±0.95的置信区间;
---最小-最大.
图B.1 膜厚度为100μm的木材试样的重复性图
说明:
Y ---膜厚度,μm;
X ---基材;
1 ---铝;
2 ---碳纤维复合材料;
3 ---PP(聚丙烯);
4 ---SMC(片状模塑料);
5 ---钢;
□ ---平均值;
---平均值±0.95置信区间;
---最小-最大.
图B.2 膜厚度为22μm的其他试样的重复性图
说明:
Y ---膜厚度,μm;
X ---基材;
1 ---铝;
2 ---碳纤维复合材料;
3 ---PP(聚丙烯);
4 ---SMC(片状模塑料);
5 ---钢;
□ ---平均值;
---平均值±0.95置信区间;
---最小-最大.
图B.3 膜厚度为44μm的其他试样的重复性图
每个试样的重复性限(r)(见表1)是根据每种基材和每个膜厚3个测量值来计算的.
木材和金属产品组的重复性限(r)(见表2)基本与单个试验的重复性值相一致.
B.5.3 再现性限
根据所有测量的膜厚值计算每个试样的再现性限(R)(参见表3).
与单个试样的结果相比,木材和金属的试样组的再现性限(R)(参见表4)偏差更大.
B.5.4 影响因素
重复性和再现性的计算除了测量装置的变化,还包括其他不同的影响因素,例如:
---基材的不均匀性,如木纹或基材的密度变化;
---施涂的影响,如施涂不均匀或表面橘皮;
---超声波在基材表面的反射较弱.
总之,测量不确定度的最高百分比与施涂有关.
......
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