實(shí)驗(yàn)報(bào)告超聲波

1、四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：超聲波探傷實(shí)蕿系別:專業(yè):班號(hào):姓名:學(xué)號(hào):肅實(shí)驗(yàn)日期：2013年3月10日同組人姓名教師評定成績:、實(shí)驗(yàn)名稱蚃超聲波探傷實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康那^1. 了解探傷儀的簡單工作原理蚄2.熟悉超聲波探傷儀、探頭和標(biāo)準(zhǔn)試塊的功用賺3. 了解有關(guān)超聲波探傷的國家標(biāo)準(zhǔn)莁4.掌握超聲波探傷的基本技能、主要實(shí)驗(yàn)儀器肅CTS-22型超聲波探傷儀試塊探頭直尺機(jī)油袃四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)中廣泛應(yīng)用的是A型脈沖反射式超聲波探傷儀，儀器屏橫坐標(biāo)表示超聲波在工件中的傳播時(shí)間（或傳播距離）縱坐標(biāo)表示反射回波波高。根據(jù)光屏上缺陷波的位置和高度，可以確定缺陷的位置和大小。A型脈沖式超聲波探傷儀的工作原理：電路接通后

2、，同步電路產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)發(fā)射、掃描電路。發(fā)射電路被觸發(fā)后產(chǎn)生高頻脈沖作用于探頭，通過探頭的逆電壓效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)，發(fā)射超聲波。超聲波在遇到異質(zhì)界面（缺陷或底面）反射回來唄探頭吸收。通過探頭的正電壓效應(yīng)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并送至放大電路唄放大檢波，然后加到熒光屏垂直偏轉(zhuǎn)板上，形成重疊的缺陷波 F和底波B。掃描電路被處罰后產(chǎn)生鋸齒波，加到熒光屏水平偏轉(zhuǎn)板上，形成一條掃描亮 線，將缺陷波 F和底波 B按時(shí)間展開。其工作原理圖如下圖所示:薈五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟蒆一.超生波探傷儀的使用、儀器性能的測定、儀器與直探頭綜合性能測定2.莁實(shí)驗(yàn)要求：1.掌握儀器主要性能：水平線性、垂直線性和動(dòng)

3、態(tài)范圍的測試方法;掌握儀器和直探頭主要綜合性能：盲區(qū)、分辨力、靈敏度余量的測試方法。蚈背景知識(shí):蚃1.儀器的主要性能:A.水平線性儀器熒光屏上時(shí)基線水平刻度值與實(shí)際聲程成正比的程度。B.垂直線性儀器熒光屏上的波高與輸入信號(hào)幅度成正比的程度。C.動(dòng)態(tài)范圍指反射信號(hào)從垂直極限衰減到消失所需的衰減量。2.儀器與探頭的主要綜合性能:A.B.分辨力在熒光屏上區(qū)分距離不同的相鄰兩缺陷的能力。盲區(qū) 從探側(cè)面到能發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離成為盲區(qū)，其內(nèi)缺陷不能發(fā)現(xiàn)。C.D.靈敏度余量 指儀器與探頭組合后在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)微小缺陷的能力。聲束擴(kuò)散角擴(kuò)散角的大小取決于超聲波的波長與探頭晶片直徑的大小。e =70 L0式中D

4、為探頭直徑00為波長羇B.探頭通過耦合劑置于CSK-IA試塊上，如圖所示，并用壓塊恒定壓力。蒀實(shí)驗(yàn)步驟:袈1.水平線性的測試祎A.調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕。使時(shí)基線清晰明亮，并與水平刻度線重合。蝕B.將探頭通過耦合劑置于CSK-IA試塊上，如圖所示。羋C.調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)五次底波B1B5,且使 B1、B5前沿分別對準(zhǔn)水平刻度2.0和10.0，羈D.觀察記錄 B2、B3、B4與水平刻度值的偏差值如圖所示。羂表一：測量水平2線性誤差（五次底波法）（單位： cm）莂底波次數(shù)肇B1肇B2莃B3袀B4肀B5膈水平刻度標(biāo)定值螄2薂4衿6芇8膅10羀實(shí)際讀數(shù)薈2莇3.5薆5.3螂7.5蟻10a2、a3、a4

5、。螃0莀0.7蕆0.5膄0蒄0.5蕆偏差 ai袁E.計(jì)算水平線性誤差|a max |0.8b薇由計(jì)算可知=X 100%式中:amax - - a2、a3、a4 中最大者;熒光屏水平滿刻度值。0.7100%8.75%可知該儀器的水平線性不能滿足要求的<=2%0.8 10薅2.垂直線性的測試薃A.抑制至“0”，衰減器保留 30dB衰減余量。蚇C.調(diào)增益使底波達(dá)熒光屏滿幅100%，但不飽和，作為 0dB.羅D.固定增益，調(diào)節(jié)衰減器，每次衰減2dB,并記下相應(yīng)回波高度Hi填入表中，直至消失。肁表2 :垂直線性數(shù)據(jù)記錄表羀衰減量 '/dB聿108.26.55.34.3罷八、莀3010-21

6、416.182022283.42.72.21.91.30.90.60.40.20.1測:高蕾蒁82螞芀蚅罿10065螁理想相對53433427221913肅袃膀3.2波高%1000.963.150.139.831.6A7.94 - K _ft.6.35.04.025.120.015.812.610.0 = 薈偏差2.6蚈蚃肅蚈嫄肄2.93.22.41.92.03.2罿蒁螁-1膂-3 蒀-3 袈-3.21.90.4-1.9-2.3衰減idB后的波高20lg H祎表中：相對波高 %=衰減i100%0dBH時(shí)波高d -實(shí)測值與理想值的最人正偏差1-實(shí)測值與理想值的最大 負(fù)偏差。蝕E.計(jì)算垂直線性誤差

7、D= ( | d |+| d2 | ) %；式中:1羋ZBY230-84標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儀器的垂直線性誤差<=8%羈3.動(dòng)態(tài)范圍的測試羂A.抑制至“0”，衰減器保留 30dB.莂B.探頭置于圖中A處，調(diào)增益使底波B1達(dá)滿幅的 80%。肇C.固定增益，記錄此時(shí)的衰減余量N1，調(diào)衰減器使底波 B1將于1mm，記錄此時(shí)的衰減余量N2。肇D.計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍A =N1 -N2 =26dB莃ZBY230-84 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儀器的動(dòng)態(tài)范圍>=26dB.袀4.盲區(qū)的測試肀A.抑制至“0”，其它旋鈕位置適當(dāng)。膈B.將探頭置于圖中所示。螄C.調(diào)增益、水平等旋鈕，觀察始波后有無獨(dú)立回波。薂D.盲區(qū)范圍的估計(jì)：探頭置于

8、 I處有獨(dú)立回波，盲區(qū)小于 有獨(dú)立回波，盲區(qū)在 510mm之間；探頭置于II處無獨(dú)立回波，盲區(qū)大于5mm ;探頭置于I處無獨(dú)立回波，與處10mm ; 一般規(guī)定盲區(qū)不大于7mm。衿5.分辨力的測定芇A.抑制至“0”，其它旋鈕位置適當(dāng)。膅B.探頭置于圖示位置的m處，前后左右移動(dòng)探頭，波 A、B、Co使熒光屏上出現(xiàn)聲程為85、91、100的三個(gè)反射a 6a 羀C.當(dāng)A、B、C不能分開時(shí)，則分辨力F1為:(mm)F (9185)1a b a- b -薈D.當(dāng)A、B、C能分開時(shí)，則分辨力F2 為：F (912(mm)c85)6c莇JB1834-76 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分辨力不大于6mm。薆6.靈敏度余量的測試螂A

9、.抑制至“0”，增益最大，發(fā)射強(qiáng)度至強(qiáng)。蟻B.連接探頭，探頭置于圖示的位置（靈敏度余量試塊200/ © 2平底孔試塊），調(diào)衰減器使© 2平底孔回波達(dá)滿幅的50%，記錄此時(shí)衰減器的讀數(shù)N1=58.C.靈敏度余量 N=80-N1=22.表面聲能損失的測定實(shí)驗(yàn)要求：1. 了解不同表面粗糙度探測面對透入聲能的影響2.掌握直探頭探傷時(shí)表面聲能損失值得測定方法實(shí)驗(yàn)步驟:0.10直探頭探傷時(shí)表面耦合損失的測定A.將2.5P20探頭置于對比試塊（CSK- m A） 上，調(diào)衰減、增益按鈕，使底波 B1達(dá)滿幅的50%，將記錄衰減器讀數(shù)N1.B.將探頭移至待測試快上，固定增益不動(dòng)，調(diào)衰減器，是底

10、波達(dá) 50%，記錄衰減器讀數(shù)N2。C.計(jì)算二者表面耦合損失差二N2-N1 ( dB )。三.材料衰減系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)要求：掌握材料綜合衰減系數(shù)的測定方法背景知識(shí):63.2介質(zhì)衰減系數(shù)公式如下63.3厚板試件介質(zhì)衰減系數(shù)實(shí)驗(yàn)步驟:2.7薄板工件（板厚 v=1.64N ）衰減系數(shù)的測定（N=2.8A.用2.5P20Z探頭對準(zhǔn)厚度30mm的薄板工件底面，使B2達(dá)50%基準(zhǔn)高，再用衰減器將B1調(diào)至50% ,調(diào)增益:1，則分質(zhì)的衰減系數(shù)為（不計(jì)反射損失）a = l/40(dB/mm)B.用5.0P20Z探頭重復(fù)上述過程，測出相應(yīng)的分貝差調(diào)節(jié)儀器使示波屏上出現(xiàn)B1B2底波，記錄此時(shí)所衰減的分貝值= e2，則

11、衰減系數(shù)為402.9厚板工件（板厚>1.64N ）衰減系數(shù)的測定A.用2.5P20Z扌探頭對準(zhǔn)厚度為益使B2達(dá)50%基準(zhǔn)高，再用 衰減器將B1調(diào)至50%，記錄此時(shí)所衰減的分貝值300mm的厚板工件底面，調(diào)節(jié)儀器使示波屏上出現(xiàn)B1B2底波，調(diào)增則分質(zhì)的衰減系數(shù)為:(J.3-6(d /mm)B 400B.用 5.0P20Z探頭重復(fù)上述過程，測出相應(yīng)的分貝差4，則衰減系數(shù)為4 - 6 (d B 400/ mm)式中為單聲程衰減系數(shù)。在實(shí)際探測中長用到雙聲程衰減系數(shù)，此時(shí)分母直接為四.鋼板的縱波探傷實(shí)驗(yàn)要求：掌握超聲波縱波檢測操作的技能，掌握鋼板接觸探傷的方法背景知識(shí):鋼板經(jīng)過軋剛而成，大部分缺

12、陷與板面平行，鋼板探傷時(shí)一般用2.55MHZ1030mm的探頭探傷，全面或列線掃查。探傷鋼板調(diào)節(jié)靈敏度的方法有兩種。一種是利用5平底孔試塊來調(diào)，種是鋼板多次底波來調(diào)。探傷中，以下幾種情況記錄缺陷面積:1.10無底波，只有缺陷波的多次反射;2.缺陷波與底波同時(shí)存在;3.無底波，只有多個(gè)紊亂的缺陷波;0.5既無缺陷波，有無底波。實(shí)驗(yàn)步驟:0.9采用對比試塊法A.調(diào)節(jié)掃描速度，使時(shí)基掃描線清晰明亮，并與水平刻度線重合。B1、B2分別對準(zhǔn) 3(B.調(diào)節(jié)掃描速度探頭耦合與T=30mm鋼板試塊邊緣，調(diào)整微調(diào)和水平，式底波和60，這時(shí)掃描速度為1:1.定標(biāo)后深度微調(diào)和脈沖位移就不能再動(dòng)。C.測表面補(bǔ)償 。按

13、(二)表面聲能損失測定直探頭方法測試。D.調(diào)節(jié)起始靈敏度探頭對準(zhǔn)100x100x46試塊上5平底孔，找到5平底孔最大回波，調(diào)節(jié)增益使5平底孔的第一次回波達(dá)滿幅的 此時(shí)衰減器讀數(shù)即為起始靈敏度50%即可，假設(shè)此時(shí)衰減器讀數(shù)為A1 ;然后再增加表面補(bǔ)償A dB,A0.E.掃查探測掃描前將增益讀數(shù)調(diào)到起始靈敏度A0dB.在鋼板探側(cè)面上均勻涂上耦合劑，把直探頭置150mm/s。在掃查過程中發(fā)于鋼板上作 100%掃查，注意探頭移動(dòng)間距小于晶片尺寸，移動(dòng)速度不大于現(xiàn)有回波高度超過50%刻度的卻顯示，應(yīng)立刻在發(fā)現(xiàn)缺陷的位置做標(biāo)記，然后繼續(xù)掃查，直至整個(gè)探 測面掃查完畢。確認(rèn)有幾處缺陷，再逐一進(jìn)行缺陷評定。F

14、.缺陷評定 a.缺陷定位 b.缺陷定量 c.缺陷面積或長度評定G.記錄檢查結(jié)果，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五.超生波探傷儀與斜探頭綜合性能測試 實(shí)驗(yàn)要求：掌握現(xiàn)場測試斜探頭性能參數(shù)的基本方法背景知識(shí)：斜探頭入射點(diǎn)是指探頭發(fā)射的聲束軸線與探頭碶塊底面的交點(diǎn)。入射點(diǎn)至探頭前沿的距離為探頭前沿長度。斜探頭的折射角是指工件中的橫波折射角P ,橫波折射角的正切值成為探頭的K值。實(shí)驗(yàn)步驟:0.11測定探頭的入射角如圖所示將探頭置于CSK-IA試塊上，平行移動(dòng)探頭，找到最高回?fù)懿⒆骱糜涗?，量處前沿長度，求出探頭入射點(diǎn)丄=100-測量值0.12測定斜探頭 K值A(chǔ).當(dāng)探頭標(biāo)稱K<=1.5時(shí)如圖a前后移動(dòng)探頭，找到最大

15、回波測出XA,貝y Ka=(XA+L-35)/70B.當(dāng)探頭標(biāo)稱1.5<K<=2.5 時(shí)如圖前后移動(dòng)探頭，找到最大回波測出XB,貝y Kb=(XB+L-35)/30重復(fù)以上步驟三次，求平均值。0.13測定靈敏度余量如圖所示，對準(zhǔn)CSK-IA試塊的 R100曲面前后移動(dòng)探頭，找到R100最大回波時(shí)固定探頭，調(diào)節(jié)衰減器按鈕使回波幅度為50%，此時(shí)衰減器讀數(shù)為S0.斜探頭的相對靈敏度余量S=80-S0 O0.14分辨力的測定在CSK-IA試塊上，如圖所示放置探頭。前后移動(dòng)探頭，使5mm和44mm兩個(gè)郵寄玻璃圓柱面的兩個(gè)反射回波達(dá)到等高，再通過調(diào)節(jié)衰減器使兩反射回?fù)苓_(dá)滿幅的40%，記錄此時(shí)

16、的衰減器讀數(shù)S1 ;再調(diào)40%，記下此時(shí)衰減器讀數(shù)S2;則可測出寫套頭的聲程差3mm的兩個(gè)反射體的分辨力S=S2-S1;同理可測得44mm和40mm兩個(gè)反射聲程的分辨力。節(jié)衰減器使兩等高的反射回波的波谷上升到滿幅的0.15測量聲束縱截面前后擴(kuò)散角如圖所示，將耦合劑在 CSK-IA試塊上，并對準(zhǔn)50的孔，前后移動(dòng)探頭找到最大回波時(shí)，測量出水P = arcta n (X0 + L - 35)/300然后在此點(diǎn)向前移動(dòng)探頭，至平距離 X0，貝廬軸線的折射角為回波下降 6dB時(shí) 固定探頭，用同樣的方法得出擴(kuò)散聲束后緣折射角3 1,則該斜探頭聲束縱截面后擴(kuò)散角為3 0- 3 1，把探頭后移，用同樣的方法

17、測出前擴(kuò)散角為32-3 0o0.10測量聲束橫截面擴(kuò)散角將探頭耦合在CSK-IA厚度為25mm的平面上，對準(zhǔn)試塊的e 1.5mm橫通孔，如圖所示。首先在平面上移動(dòng)探頭，趙冬豎孔回波的最大幅度時(shí)固定探頭，則孔中心到探頭入射點(diǎn)的距離X0=25K實(shí)，然后左右平移探頭，至回波幅度下降6 dB時(shí) 固定探頭，量出移動(dòng)距離WR和WL,則左右擴(kuò)散角分別為六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理一. 超聲波儀器使用、儀器性能測定、儀器與直探頭綜合性能測定0.16水平線性誤差數(shù)據(jù)記錄如表一所示，其中| amax 1=0.763.4可知該儀器的水平線性不能滿足要求的 100%8. 75% <=2%。63.5100717垂直線性

18、測試 fc衰減量 i/dB '回波高度實(shí)絕對波高%10相對波高%100偏差理想相對波高%248.26.5826565.35310124.33.42.74334272.6-3161.92.93.22.41.90.18 動(dòng)態(tài)范圍的測試N1=80-( 12+40 ) =28 , N2=80- ( 38+40 )=2N1N 2 =26dB有ZBY230-84標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儀器的動(dòng)態(tài)范圍>=26dB，可知滿足要求。0.19盲區(qū)的測試將探頭置于圖示I處有獨(dú)立回波，可知盲區(qū)小于5mm。有一般規(guī)定盲區(qū)不大于7mm，可知該儀器滿足盲區(qū)的要求。0.20分辨力的測定 "將探頭置于 ff處時(shí)，A、B

19、、C能分開，則分辨力cF (9185)2Aa6c=4 ( mm )其中： c=4 , a=6a有JB1834-76標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分辨力不大于0.21靈敏度余量的測試N1=226mm，可知該儀器滿足分辨力的要求。N=80-N1=58二. 表面聲能損失的測定計(jì)算二者表面耦合損失差=N2-N1=60-54=6(dB)三. 材料衰減系數(shù)的測定2.10薄板工件的衰減系數(shù)2.5 P20Z探頭：？= 1/40=2/40=0.052.11厚板工件衰減系數(shù)的測定 四.鋼板縱波探傷2.5P20Z探頭：？= ( 3 6) /400=(26-6)/400=0.05采用對比試塊1.11 表面補(bǔ)償 =N2-N1=8(dB)1.

20、12 起始靈敏度 A0=A1-=60-8=52(dB)0.11掃描測試時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼板存在一處缺陷，其深度為10mm 且 S3=50dB 則<I>5mm+ ( A0-S3 ) dB=> 5mm+4dB，由于其為正，故缺陷比平底孔大。0.12測得缺陷的左上邊坐標(biāo)為A(50,180);右上坐標(biāo)為B(85,180);左下邊坐標(biāo)為C(50,120);右下邊的坐標(biāo)為 D(85,120),;左中邊的坐標(biāo)為E(50,150);右中邊的坐標(biāo)為F(85,150); 上中坐標(biāo)為G(67.5,180);2S=60X35=2100 mm下中坐標(biāo)為 H(67.5,120);由此可以判斷此缺陷為長方體形狀。面

21、積為:表三：鋼板探傷報(bào)告(對比試塊)檢杳單位四川大學(xué)探傷人呂晨陽.檢查日期2013.3.25探傷儀名稱CTS-22超聲波探傷儀探頭名稱圓柱形探頭探頭頻率、規(guī)格.2.5 P20耦合劑機(jī)油探傷靈敏度52dB時(shí)基線性較差鋼板厚度30mm表面狀態(tài)粗糙探傷示意圖缺陷深度10mm缺陷大小T22100 mm評判結(jié)果(按I級JB4730-05 )五.超聲波探傷儀與斜探頭綜合性能測定0.22探頭的入射點(diǎn)L=100-89+90+89/3=11mm0.23探頭的折射角K b=(46+49+50)/3+L-35/30= 0.80.24靈敏度余量S0=28S=80-S0=80-28=52dB0.25分辨力當(dāng)聲程為 3m

22、m 時(shí) S1=32 , S2=22 貝U S=46-38=10dB當(dāng)聲程為2mm 時(shí) S1=34 , S2=23 貝U S=48-40=11dB0.26縱截面前后擴(kuò)散角由實(shí)驗(yàn)得 X0=102mmL=11mm 則3 0=arc tan(102+11-35)/30=69(X1=96mm3 1=arc tan 96+11-35)/30=67(度)X2=106mm3 2=arc tan106+11-35)/30=70(度)則縱截面后擴(kuò)散角;縱截面前擴(kuò)散角3 2- 3 0=10.27橫截面擴(kuò)散角 得0- 3 1=2 (度)0 二由實(shí)驗(yàn)Wl和 W 分別為 2.9mm和3.1mm 則6 =(度)arcta

23、n(2.9/ 26)=6.36(度)arcta n(3.1/ 26)=6.80(度)誤差分析63.6缺陷定位時(shí)，探頭移動(dòng)位置不準(zhǔn)確，可對缺陷定位產(chǎn)生影響。63.7標(biāo)準(zhǔn)試塊的長期使用使其表面狀態(tài)并非絕對平整、光滑，也可使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差。63.8探傷儀本身誤差（制造誤差和使用過程中形成的誤差）會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。63.9在讀數(shù)時(shí)由于顯示屏的分辨率的視覺影響可產(chǎn)生讀數(shù)誤差以及數(shù)據(jù)記錄和處理誤差。0.13鋼板探傷中，鋼板表面的不平整，機(jī)油的涂抹不均勻，探頭在鋼板表面的移動(dòng)不穩(wěn)定均可使顯示屏上的回波有影響而發(fā)生變化?？傊?，實(shí)驗(yàn)誤差的存在可能性很多，應(yīng)謹(jǐn)慎操作，盡量減少各種實(shí)驗(yàn)誤差。八、思考題與冋題討論0.28超聲波探傷儀所用的超聲波是怎樣產(chǎn)生的?答：超聲波探傷儀所用超聲波的產(chǎn)生是由同步電路輸入的同步脈沖信號(hào)，觸發(fā)發(fā)射電路工作，產(chǎn)生高 頻電脈沖信號(hào)激勵(lì)晶片，產(chǎn)生高頻振動(dòng)，并在介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生超聲波。0.29鋼板探傷為什么采用直探頭？在鋼板探傷中，底波消失，可能是什么原因造成的？答：因?yàn)殇摪宓撞繛槠矫?，所以采用直探頭不會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)。底波消失，可能是因?yàn)檎麄€(gè)探頭都處于缺陷面積內(nèi)，且缺陷已經(jīng)達(dá)到底表面（即下表面有傷） 0.30為什么要進(jìn)行時(shí)間掃描線的調(diào)整，若是比例調(diào)整不正確，有什么害處?900.31什么是直探頭和斜探頭？它們的主要用途是什么?答：直探頭是指發(fā)射超聲波的方向與探傷面垂直的