玻璃钢压力容器及内衬厚度的超声测量

　　一、前言

　　在含内衬的玻璃钢(FR卫)容器中，FRP层厚度是保证容器力学性能的一个重要指标，过厚不能发挥FRP轻质高强的优点，过薄又不能满足力学要求;对内衬要求也比较严格，过厚会使容器重量增大，过薄又经不住容器工作过程中的烧蚀或腐蚀破坏。因此，为确保含内衬的压力容器的质量，对FRP层及内衬厚度进行无损检测是十分必要的。

　　在湿法缠绕含内衬的FRp容器的过程中，予先把生胶铺放在芯模上，然后用浸有树脂的玻璃纤维缠绕成型，再经高温固化制成FRP容器。由于纤维张力，树脂在固化过程中的热应力及橡胶硫化过程对橡胶层厚度均会产生影响，因此，容器制成后对其橡胶内衬的实际厚度尤为关心。

　　对这样的FRp容器无法用机械测量方法测量各处的厚度，只能采用无损检测方法。国内市场上虽然也出现了各种各样的超声测厚仪，但大多数只能测出层压玻璃钢的厚度。我们曾走访了一些厂家，均没能测出缠绕玻璃钢(10mm)试件的厚度。其主要原因可能是这些超声测厚仪都是用于金属测厚的，频率较高，功率较小。纤维缠绕玻璃钢是由树脂和纤维多相材料组成的不均匀各向异性材料，超声衰减大，而且这种衰减随使用频率增大而加剧，用金属超声测厚仪无法测出缠绕FRP容器的厚度。

　　我们引进一台专门用于复合材料厚度测量的CL202F超声波测厚仪，此仪器可测量各种FRP及其他一些非金属材料的厚度。但对于含内衬的FRP容器来说，FRP层和橡胶层是粘在一起的，用超声波测厚仪测得的值是不可信的。众所周知，脉冲反射式超声测厚仪主要是利用声波在介质中的传输时间来测厚的。在均匀介质中，介质厚度为:d=澳乒，式中t为声波在介质中的传输时间，c为该介质的声速。虽然测厚仪也测得了声波经玻璃钢层、橡胶层以至最后从橡胶/空气界面反射回来的时间t，但由于FRP层和橡胶层的声速不同，而超声测厚仪只能用二者之一的声速标定，所以测得的值和实际厚度(FRP层厚度十橡胶层厚度)相差甚远。再说，我们关心的是FRP层或橡胶层各自的厚度，因此，关键是如何把二者分开。

　　面将测厚仪收到的声信号送到示波器上，通过合适的标定，观察FRP/橡胶界面和橡胶/空气底面反射波，可直接从示波器的刻度上读出FRP层或橡胶层的厚度。

　　二、测厚原理和方法

　　CL202F测厚仪是专门为FRP测厚设计的，它的最大特点是频率较低(o。SMHz)，装有三级补偿放大器，增益随回波信号大小自动变化，回波信号越小，增益越大。这样，就克服了由于FRP超声衰减大，使得底波幅度过小，无法进行测厚的弊病。我们从最后一级补偿放大器的输出端将信号引到示波器上，其方框图如图1所示(图中没有详细画出测厚仪内部结构，只画出有关的部分)。