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1、GB/T 4956-2003GB/T 4957-2003覆盖层厚度测量,浙江省特种设备检验研究院 钟丰平 E-mail:,提 纲,一、标准概览 二、GB/T 4956-2003 磁性基体上非磁性覆盖层 覆盖层厚度测量 磁性法 有关内容讲解 三、GB/T 4957-2003 非磁性基体金属上非导电覆盖层 覆盖层厚度测量 涡流法 有关内容讲解,一、标准概览 三种采用国际标准的基本方法（1992-） 等同采用国际标准 它是指我国标准在技术内容上与国际标准完全相同，编写上不作或稍作编辑性修改，可用图示符号“”表示，其缩写字母代号为IDT。,标准概览,一、标准概览 GB/T 4956-2003（ISO
2、2178:1982 IDT） GB/T 4957-2003（ISO 2360:1982 IDT） 标准根据ISO 作编辑性修改: a) 用“本标准”代替“本国际标准”; b) 取消了国际标准的前言; c) 为便于使用，引用了采用国际标准的国家标准; d) 增加了规范性引用文件。,标准概览,一、标准概览 等效采用国际标准（1992-2001） 它是指我国标准在技术内容上基本与国际标准相同，仅有小的差异，在编写上则不完全相同于国际标准的方法，可以用图示符号“=”表示，其缩写字母代号为EQV。 GB/T 4956-2003的引用标准GB/T13744（eqv ISO 2361） EQV的表述已经不再
3、使用，现在改为MOD（修改采用）（2001）,标准概览,一、标准概览 非等效采用国际标准（1992-2001） 它是指我国标准在技术内容的规定上，与国际标准有重大差异。可以用图示符号“”表示，其缩写字母代号为NEQ。,标准概览,一、标准概览 标准的背景 表面工程 采用表面工程技术和复合表面技术来改善提高各种设备运行的可靠性。要求各种产品的整体外形和零部件通过表面工程技术的处理, 来增强其品质、性能、延长使用寿命, 提高耐磨性、防腐性, 节约能源、减少原材料消耗、减少环境污染。表面工程是一种应用广泛, 具有强大生命力的技术。,标准概览,一、标准概览 标准的背景 经表面技术处理后的表面性能的监控和
4、测量也要相应的发展, 才能满足市场对表面工程发展的整体需求。在日常生活和工作中, 体现表面性能的指标有很多, 如: 硬度、厚度、结合强度、附着强度、耐磨性、耐腐蚀性、抗破裂性等等。其中涂层和镀层的厚度是一项重要的参数。许多领域的产品都把该项指标定为必须检测的参数。,标准概览,一、标准概览 标准的背景 能够无损检测覆盖层厚度的方法有： 1、磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量的磁性方法（GB/T 4956） 2、非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度测量的涡流方法（GB/T4957） 3、X 射线光谱测量法 4、B 射线反向散射法。,标准概览,一、标准概览 GB/T 4956-2003/ISO 2178
5、:1982 代替GB/T 4956-1985 磁性基体上非磁性覆盖层 覆盖层厚度测量 磁性法（机械式和磁阻式） GB/T 4957-2003/ISO 2360:1982代替GB/T 4957-1985 非磁性基体金属上非导电覆盖层 覆盖层厚度测量 涡流法（提离效应）,标准概览,一、标准概览 标准结构：7大块内容构成 1 范围 2 规范性引用文件 3 原理 4 影响测量准确度的因素 5 仪器的校准 6 测量程序 7 准确度要求,标准概览,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 磁性基体上非磁性覆盖层 覆盖层厚度测量 磁性法 1 范围 本标准规定了使用磁性测厚仪无损测量磁性基体金属上非磁性
6、覆盖层(包括釉瓷和搪瓷层)厚度的方法。 本方法仅适用于在适当平整的试样上的测量。非磁性基体上的镍覆盖层厚度测量优先采用GB/T 13744规定的方法。 2 规范性引用文件,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 3 原理：它基于永久磁铁与铁磁性金属基体之间由于存在不同厚度覆盖层而引起磁引力变化的物理原理，或是以测量线圈因与铁磁性金属基体之间距离不同而接收感应磁场强度不同的物理现象为基础，对非磁性覆盖层厚度进行测量的电磁测厚方法。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 3 原理,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4 影响测量准确度的因
7、素（共l3项因素） 标准第5 章关于“仪器的校准”中，规定的校准膜片(或标准试片）的分类、选择和使用。以及第6 章“测量程序”对实际测量提出的要求，都基于消除各种因素影响的目的。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.1 覆盖层厚度 对于薄的覆盖层，其测量准确度与覆盖层的厚度无关，为一常数。 是指覆盖层厚度小于10m 的情况，受仪器精度和被测量覆盖层表面粗糙度的影响，仪 器很难准确测量出10m 的情况，尤其是5m 以下覆盖层的厚度，这种偏差是由测量仪器自身的系统误差带来的。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.1 覆盖层厚度 对于厚的覆盖层，其
8、测量准确度等于某一近似恒定的分数与厚度的乘积。 即测量的相对误差近似为一常数，而绝对误差明显地随被测量覆盖层厚度的增加而增大。例如，如果测量相对误差为5% 则对于20m 和200m 镀层测量的绝对误差分别为lm 和10m。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.1 覆盖层厚度,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.2 基体金属的磁性 不同铁磁性材料的磁特性(如磁导率)往往存在很大差异，并且同铁磁性材料在不同热处理状态或经过不同冷加工工艺后，其磁特性也会出现显著的差异，而材料铁磁特性的差异会直接影响对永久磁铁或检测线圈的磁作用，因此要减小或消除磁特
9、性不同带来的显著影响，必须采用与被测覆盖层下基体材料具有相同或相近磁特性的材料作为基体进行仪器的校准。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.3 基体金属厚度 由于线圈式测厚仪所采用的检测频率很低(通常在儿百赫，或更低)，磁场在被测量覆盖层下铁磁性基体材料中的分布状态在定范围内与基体的厚度密切相关，当基体金属厚度达到某一值时，这种由厚度不同带来的影响才能减小到可以忽略的程度，这一概念实质上与涡流有效透入深度是一致的。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.3 基体金属厚度 临界厚度 临界厚度取决于仪器测头和基体金属的性质，除非制造商有所规定，临界
10、厚度的大小应通过试验确定。 有些设备给出了临界厚度具体数值，有些则为探头量程。 5.3.3 基体金属未达到临界厚度的校准 6.2 基体金属厚度,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.3 基体金属厚度,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.4 边缘效应 本方法对试样表面的不连续敏感，因此，太靠近边缘或内转角处的测量将是不可靠的，除非仪器专门为这类测量进行了校准。这种边缘效应可能从不连续处开始向前延伸大约20 mm，这取决于仪器本身。 与涡流的边缘效应类似，在靠近工件边缘时，磁场会发生变化。 6.3 边缘效应,内容讲解,二、GB/T 4956-200
11、3 有关内容讲解 4.5 曲率 曲率的影响有以下几方面的特征： 影响显著，即较小的曲率差异对测量结果的影响程度明显不同； 影响范围大，即在相当大的曲率半径范围内，曲率不同的影响一直是存在的；,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.5 曲率 不同方向上曲率的不一致依然会对沿不同方向进行的测量带来不同程度的影响。 对于采用双极测头的仪器测量具有相同直径球体表面和柱体表面覆盖层时，既使材料为各向同性，测量结果仍然是不同的，并且在圆柱表面沿平行于轴线方向和垂直于轴线方向上进行测量所得结果也会有差异。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.5 曲率 因此在
12、弯曲试样上进行测量需要进行专门的校准。 5.2.1 校准泊可以应用于曲面校准 5.3.4 曲面校准的曲率要求 6.4 曲率,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.6 表面粗糙度 参比面： 3.3 参比面 reference area -(GB/T 12334) 要求作规定次数单次测量的区域。 最小厚度唯一可能的解释是在一个可测量的小面积上采用可行的试验方法得到的可比较的局部厚度。这个面积不能太小，否则不适用于某些标准的测试方法，这个小面积称为“参比面”。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.6 表面粗糙度,内容讲解,增加测量次数是减小或消除随机
13、误差的的一种手段。能够一定程度上提高测量的准确度。,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.7基体金属机械加工方向 金属机械加工(如轧制)对材料的磁性能会产生较大的影响 5.3.2 在某些情况下，必须将测头再旋转900。来核对仪器的校准。 6.6 机械加工方向,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.8 剩磁 4.9 磁场 剩磁与外加强磁场，都将严重干扰磁性法厚度测量，2个因素可以类似考虑。 5.3.2在某些情况下，必须将测头再旋转900。来核对仪器的校准 6.7 剩磁 测量方法上修正。 对于剩磁，可进行消磁处理。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003
14、有关内容讲解 4. 10 外来附着尘埃 旨在保证仪器测头必须与试样表面紧密接触 6.8 表面清洁度 尽量去除外来物 避开难以除去的缺陷,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.11 覆盖层的电导率 当检测频率较高，200-2000Hz时，对于导电性能较好的金属镀层(如铜、银)，在镀层中会产生密度较大的涡流，并由此形成影响基体对测量线圈磁作用的感应磁场。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.12 测头压力 主要考虑到覆盖层的刚性较差，以不同的压力施加于测量表面时，会引起覆盖层不同程度的变形，难以获得稳定、准确的测量。 软的覆盖层可用金属箔覆盖住再测
15、量, 然后从测量值中减去金属箔的厚度。 许多测厚仪器在检测线圈壳体内装有弹簧，以保证操作的一致性。 6.10 技巧 主要考虑人为因素的影响，如压力、速率等。,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 4.13测头取向 考虑到地球重力场的影响，机械式测厚仪根据磁引力的效应来进行检测，因此受力方向的不同会对检测产生影响。 6.11 测头定位水平和垂直位置校准,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 5.仪器的校准 5.1 概述 制造商推荐校准方法 采用比较法 无法校准的仪器，确定测量偏差,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 5.仪器的校准制造
16、商推荐校准方法 1、一点校准（零点校准） 2、二点校准（一片箔、二片箔） 3、透过覆盖层校准 基本校准修正（测头顶端磨损、新换探头、特殊用途）,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 5.2 校准标准片 箔、或者有覆盖层的片,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 5.2 校准标准片 箔、或者有覆盖层的片,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 5.3 校准,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 6.测量程序 6.1 概述 制造商推荐的测量程序 校准的时间要求 必须遵守的注意事项 6.5 读数次数 6.9 铅覆盖层,内容
17、讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 7 准确度要求 平均值 标准偏差 最后覆盖层厚度,内容讲解,二、GB/T 4956-2003 有关内容讲解 7 准确度要求 有一点对于减小系统误差，提高测量精度非常重要，且特别有效，而该标准未给予适当的重视并提出相应的规定，这就是关于仪器校准范围的问题，这也是一个在实际测厚工作中经常出现的问题，因此应特别予以注意。 要提高测量精度，应根据被测量覆盖层的厚度和整体均匀状况，选择合适厚度的膜片校准测厚仪。,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 非磁性基体金属上非导电覆盖层 覆盖层厚度测量 涡流法 1 范围 本标准规定了使用涡
18、流测厚仪无损测量非磁性基体金属上非导电覆盖层厚度的方法。 本方法适用于测量大多数阳极氧化膜的厚度;但它不适用于一切的转化膜，有些转化膜因为太薄而不能用这种方法测量(见第7章)。 本方法理论上能测量磁性基体金属上覆盖层的厚度，但不予推荐。在这种情况下，应采用GB/T 4956中所规定的磁性方法进行测量。 2 规范性引用文件,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 3 原理 涡流测厚仪器测头装置中产生的高频电磁场，将在置于测头下面的导体中产生涡流，涡流的振幅和相位是存在于导体和测头之间的非导电覆盖层厚度的函数。,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 4 影响测
19、量准确度的因素 4.2 基体金属的电性质 4.9 测头的放置 4.10 试样的变形 4.11 测头的温度 本章共有11个影响因素，因为涡流测厚方法的原理与磁性法相近，其中7 项因素均在GB/T 4956-2003 标准中有所涉及。,内容讲解,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 4.2 基体金属的电性能 用涡流仪器测量厚度会受基体金属电导率的影响，金属的电导率与材料的成分及热处理有关。电导率对测量的影响随仪器的制造和型号不同而有明显的差异。 基体导电性质的差异，会带来两个方面的影响：一方面是由于电导率不同产生的直接作用，测量线圈感应电磁场的强度不同；另一方面是影响涡流的透入
20、深度，造成金属基体的临界厚度不同；,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 4.9 测头的放置 仪器测头的倾斜放置会改变仪器的响应；因此，侧头在测量点处应该与测试表面始终保持垂直。这可以借助于一个合适的夹具来达到。 测头位置的改变会影响电磁耦合状况，导致测量的结果偏差。,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 4.10 试样的变形 测头可能使软的覆盖层或薄的试样变形。在这样的试样上进行可靠的测量可能是做不到的，或者只有使用特殊的测头或夹具才可能进行。 涡流测厚方法与磁性测厚方法区别，使得涡流测厚法对试样变形要敏感。,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 4. 11 测头的温度 由于温度的较大变化会影响测头的特性，所以应该在与校准温度大致相同的条件下使用测头测量。 温度对电、磁性能的影响,内容讲解,三、GB/T 4957-2003 有关内容讲解 5、仪器的校准 6、测量程序 7、准确度要求 这部分的要求与GB/T 4956-2003 基本一致，可对照学习。 关于仪器校准范围的问题，对于涡流法测厚同样适用。,内容讲解,谢 谢,