超声波探伤一点通.doc

1超声波探伤超声波探伤超声波探伤仪的使用和性能测试超声波探伤仪的使用和性能测试一、实验目的一、实验目的1、了解 A 型超声波探伤仪的简单工作原理2、掌握 A 型超声波探伤仪的使用方法3、掌握水平线性、垂直线性和动态范围等主要性能的测试方法4、掌握盲区、分辨力和灵敏度余量等综合性能的测试方法二、超声波探伤仪的工作原理二、超声波探伤仪的工作原理目前在实际探伤中，广泛应用的是 A 型脉冲反射式超声波探伤仪这种仪器荧光屏横坐标表示超声波在工件中传播时间(或传播距离)，纵坐标表示反射回波波高根据荧光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小A 型脉冲超声波探伤仪的型号规格较多，线路各异，但它们的基本电路大体相同下面以 CTS-22 型探伤仪为例说明 A 型脉冲超声波探伤仪的基本电路CTS-22 型超声探伤仪主要由同步电路、发射电路、接收放大电路、时基电路(又称扫描电路)、显示电路和电源电路组成，如图1.1 所示2各电路的主要功能如下：(1)同步电路：产生一系列同步脉冲信号，用以控制整台仪器各电路按统一步调进行工作 (2)发射电路：在同步脉冲信号触发下，产生高频电脉冲，用以激励探头发射超声波。

3)接收放大电路：将探头接收到的信号放大检波后加于示波管垂直偏转板上4)时基电路：在同步脉冲信号触发下，产生锯齿波加于示波管水平偏转板上形成时基线5)显示电路：显示时基线与探伤波形6)电源电路：供给仪器各部分所需要的电压在实际探伤过程中，各电路按统一步调协调工作当电路接通以后，同步电路产生同步脉冲信号，同时触发发射电路和时基电路发射电路被触发以后产生高频电脉冲作用于探头，通过探头中压电晶片3的逆压电效应将电信号转换为声信号发射超声波超声波在传播过程中遇到异质界面(缺陷或底面)反射回来被探头接收，通过探头的正压电效压将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到示波管垂直偏转板上，形成重迭的缺陷波 F 和底波 B时基电路被触发以后产生锯齿波，加到示波管水平偏转板上，形成一条时基扫描亮线，并将缺陷波 F 和底波 B 按时间展开，从而获得波形三、仪器的主要性能三、仪器的主要性能仪器性能仅与仪器有关仪器主要性能有水平线性、垂直线性和动态范围1、水平线性仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度，称为仪器的水平线性或时基线性水平线性主要取决于扫描锯齿波的线性仪器水平线性的好坏直接影响测距精度，进而影响缺陷定位。

2、垂直线性仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度称为垂直线性或放大线性垂直线性主要取决于放大器的性能垂直线性的好坏影响应用面板曲线对缺陷定量的精度3、动态范围仪器的动态范围是指反射信号从垂直极限衰减到消失时所需的衰减量，也就是仪器荧光屏容纳信号的能力4四、仪器与探头的主要综合性能四、仪器与探头的主要综合性能仪器与探头的综合性能不仅与仪器有关，而且与探头有关主爱综合性能有盲区、分辨力、灵敏度余量等1、盲区从探测面到能发现缺陷的最小距离，称为盲区盲区内缺陷一概不能发现盲区与放大器的阻塞时间和始脉冲宽度有关，阻塞时间长，始脉冲宽，盲区大2、分辨力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力称为分辫力能区分的两缺陷的距离愈小，分辨力就愈高分辨力与脉冲宽度有关，脉冲宽度小，分辨力高3、灵敏度余量灵敏度余量是指仪器与探头组合后，在一定的探测范围内发现微小缺陷的能力具体指从一个规定测距孔径的人工试块上获得规定波高时仪器所保留的 dB 数高，说明灵敏度余量高五、实验用品五、实验用品1、仪器 CTS-22、CTS-26 等2、探头：2.5P20Z 或 2.5P14z3、试块：IIW、CSK—IA、200/φ1 平底孔试块等。

4、耦合剂：机油55、其他：压块、坐标纸等六、实验内容与步骤六、实验内容与步骤1、水平线性的测试(1)调有关旋钮使时基线清晰明亮，并与水平刻度线重合2)将探头通过耦合剂置于 CSK—IA 或 IIW 试块上，如图 1.2A处3)调[微调]、[水平]或[脉冲移位]等旋钮，使荧光屏上出现五次底波 B1～B5，且使 B1、B5前沿分别对准水平刻度值 2.0 和 10.0，如图 1.34)观察记录 B2、B3、B4与水平刻度值 4.0、6.0、8.0 的偏差值432aaa、、(5)计算水平线性误差： (1.1) %1008 . 0maxba式中 ——中最大者；maxa432aaa、、b——荧光屏水平满刻度值6ZBY230—84 标准规定仪器的水平线性误差≤2%2、垂直线性的测试(1)[抑制]至“0”，[衰减器]保留 30dB 衰减余量2)探头通过耦合剂置于 CSK—IA 或 IIW 试块上，如图 1.2B 处，并用压块恒定压力3)调(增益]使底波达荧光屏满幅度 100%，但不饱和，作为0dB4)固定[增益]，调[衰减器]，每次衰减 2dB，并记下相应回波高度 Hi 填入表 1.1 中，直至消失。

表表 1.11.1衰减量 ΔidB024681012141618202224绝对波高Hi实测相对波高%回 波 高 度理想相对波高%偏差%表中： (1.2)0ii H减减减0dB减 减H减减减减dBΔ减 减减减减减减减减减(1.3)%10010%HH200   i i理想相对波高   ii0HHlg20(5)计算垂直线性误差：(1.4))%(21ddD式中 ——实测值与理想值的最大正偏差；1d——实测值与理想值的最大负偏差；2dZBY230—84 标准规定仪器的垂直线性误差≤8%73、动态范围的测试(1)[抑制]至“O”，[衰减器]保留 30dB2)探头置于图 1.2A 处，调[增益]使底波 B达满幅度 100%3)固定[增益]，记录这时衰减余量 N1，调[衰减器]使底波 B1降至 1mm，记录这时的衰减余量 N24)计算动态范围：△=N2一 N1 (dB)ZBY230—84 标准规定仪器的动态范围≥26dB4、盲区的测试盲区的精确测定是在盲区试块上进行的，由于盲区试块加工困难．因此通常利用 CSK～IA 或 IIW 试块来估计盲区的范围。

1)[抑制]至“O”，其他旋钮位置适当2)将直探头置于图 1.4 所示的 I、Ⅱ处3)调[增益]、[水平]等旋钮，观察始波后有无独立的回波4)盲区范围估计：探头置位 I 处有独立回波，盲区小于 5mm8探头置于 I 处无独立回波，于 I 处有独立回波，盲区在5～10mm 之间探头置于 I 处无独立回波，盲区大于 10mm一般规定盲区不大于 7mm5、分辨力的测定(直探头)(1)[抑制]至“0”，其他旋钮位置适当2)探头置于图 1．4 所示的 CSK—IA 或 IIW 块块上 m 处，前后左右移动探头，使荧光屏上出现声程为 85、9l、100 的三个反射波A、B、C3)当 A、B、C 不能分开时，如图 1.5(a)，则分辨力 F1为：(1.5)mmbaa baaF685911(4)当 A、B、C 能分开时，如图 1.5(b)则分辨力 F2为：(1.6)mmac acF685912一般规定分辨力不大于 6mm6、灵敏度余量的测试9(1)[抑制]至“O”，[增益]最大，[发射强度]至强2)连接探头，调节[衰减器]使仪器噪声电平为满幅度的10％，记录这时[衰减器]的读数 N1。

3)探头置于图 1.6 所示的灵敏度余量试块上(200／φ1 平底孔试块)，调[衰减器]使 φl 平底孔回波达满幅度的 80％这时[衰减器]读数为 N24)计算：灵敏度余量△N=N2—N1七、实验报告要七、实验报告要求1、写出实验名称、目的和用品2、简要说明仪器性能、仪器与探头综合性能的测试方法及测试结果1 1 序言序言 1.11.1 超声波检测技术的发展简史超声波检测技术的发展简史 尽管自古就对声学开展了研究，但是直到十九世纪中后期人类才知道存在10自己听不到的高频声音（即超声波） 有趣的是，超声波的具体应用与 1912 年泰坦尼克号邮轮的沉没这一著名海难直接相关，当时所提出的及时发现水下冰山和障碍物的要求刺激了超声波的应用，其中英国科学家提出的利用超声波的束射性可以发现远距离水下目标的思想虽然未能付诸实施，但是直接推动了超声检测的研究和应用一次世界大战后期，为了探测另一类更为危险的水下障碍物――潜水艇，超声波技术的实际应用再一次得到了有力推动，当时所发展的压电超声发生装置和石英晶体换能器等一直是超声检测的技术基础 超声波应用于材料的无损检测领域起源于二十世纪二十年代末三十年代初，苏联和德国的科学家几乎同时报导了超声波在材料检测方面的应用，从此开创了一个全新的领域。

二十世纪四十年代的整个十年都是在二次世界大战中度过的，战争对于技术发展的迫切要求再次成为超声检测技术进步的推动力探测潜艇的超声波声纳得以广泛应用，但是其回波检测的思想对于短距离材料检测而言实在是超越了当时的电子技术水平，因此只能采用连续波透射法，这种探伤方法有很大的局限性，仅限于一些专业学院作研究用途或装置在少数几个冶金研究室内 战争以后，随着对超声波探伤原理和特性的不断深入了解，特别是脉冲反射法的应用、纵波、横波、板波和表面波相继发现并成功应用，超声波在无损检测方面优点也得以充分体现，因此在二十世纪四十年代末超声波探伤开始被用于解决一些严格的质量问题，并在冶金制造业得到了越来越广的应用二十世纪六七十年代，随着半导体技术和计算机信息技术的进步，超声波探伤仪器和装备不断小型化，并出现了由电池供电的便携式超声波探伤仪器，同时新材料技术的发展也使新型的性能更为优越的压电材料得以广泛应用，相关的探伤方法、探伤标准和基准等也趋于成熟，因此超声波探伤在对产品质量有严格要求的航空航天、原子能工业、石油化工业、锅炉和压力容器行业、冶金制造业以及建筑业等得到了全面应用，成为最为重要和广泛应用的无损检测方法。

1.21.2 超声波检测在厚板制造领域的应用超声波检测在厚板制造领域的应用 厚板超声波探伤是厚板质量检查的重要手段，五矿营钢宽厚板厂在剪切线入口、特厚板区域均设有超声波探伤工序 尤其是剪切线入口处从德国 NDT 公11司引进的自动超声波探伤设备，代表了现代中厚板超声波探伤的先进技术水平 厚板的超声波探伤一般采用纵波脉冲反射法，其中厚度为 5~50mm 的中厚板通常采用双晶直探头和水膜耦合法探伤，以减少表面盲区并提高检测灵敏度，而厚度在 50mm 以上的厚板则采用单晶直探头和直接接触耦合法对于表面状况不佳的特厚板甚至需要采用透射法来进行有效检测 另外对于一些要求非常高的钢板，有时也需要利用斜探头横波检测钢板的表面裂缝类缺陷同时超声波还可用于钢板厚度的精确测量，利用手提式超声波测厚仪可以对修磨后的钢板剩余厚度进行快速准确测量 对于更薄的钢板，通常采用板波检测的方法 2 2 超声波探伤的基本原理超声波探伤的基本原理 用超声波对金属进行探伤时，必须首先对超声波用于金属探伤的原理有所了解，也就是说，从金属探伤这一角度出发，应对金属中超声波的产生、超声波在金属中的传布以及超声波在金属中与缺陷的相互作用有所了解。

2.12.1 超声波的基本概念超声波的基本概念 2.1.12.1.1 什么是超声波什么是超声波 （1）超声波是声波的一种，是机械振动在弹性介质中传播而形成的波动，通常以其波动频率 f 和人的可闻频率加以区分超声波与其它声波种类： 次 声 波 f103MHz 人耳不可闻 超声波探伤用的频率为 0.25MHz~15MHz，金属材料超声波探伤常用频率为0.5MHz~10MHz，其波长约 10mm~0.5mm 由于超声波频率比可闻声波高得多，因此其波长。