項(xiàng)目二超聲檢測(cè)儀器設(shè)備認(rèn)知與操作

項(xiàng)目二超聲檢測(cè)儀器設(shè)備認(rèn)知與操作

超聲波探傷設(shè)備一般由超聲波探傷儀、探頭和試塊組成。2023/1/161項(xiàng)目二超聲檢測(cè)儀器設(shè)備認(rèn)知與操作超聲波探傷儀是探傷的主體設(shè)備，主要功能是產(chǎn)生、接收高頻電振蕩，并以此來激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波。同時(shí)，它又將探頭接收到的回波電信號(hào)予以放大、處理，并通過一定方式顯示出來。超聲波探頭又稱壓電超聲換能器，是實(shí)現(xiàn)電-聲能量相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件。試塊是按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單幾何形狀人工反射體的試件。主要用來確定檢測(cè)靈敏度和判定缺陷大小等，分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊。2023/1/162項(xiàng)目二超聲檢測(cè)儀器設(shè)備認(rèn)知與操作按信超聲號(hào)產(chǎn)生的機(jī)理分1、主動(dòng)式：由被檢對(duì)象“主動(dòng)”發(fā)出聲信號(hào)，僅利用超聲接受技術(shù)去檢出“源”所發(fā)出的聲信號(hào)，并分析處理顯示確定聲源的方位和性質(zhì)，常用于在役檢測(cè)。--聲發(fā)射儀2、被動(dòng)式：利用超聲換能器向被檢測(cè)對(duì)象輻射超聲信號(hào)，再由接收器檢出被檢測(cè)對(duì)象中的聲場(chǎng)特性，以評(píng)價(jià)被檢對(duì)象的性質(zhì)和質(zhì)量。--超聲檢測(cè)儀2023/1/163一超聲檢測(cè)儀器導(dǎo)入：超聲檢測(cè)儀器是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備，了解這些設(shè)備的原理、構(gòu)造和作用及其性能的測(cè)試方法是正確選擇探傷設(shè)備進(jìn)行有效檢測(cè)的保證。課時(shí)：2學(xué)時(shí)。授課方式：新授（有條件的可借助實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)授課）。重點(diǎn)：儀器基本原理、使用。難點(diǎn)：儀器基本原理。一超聲檢測(cè)儀器超聲波探傷儀的作用：超聲波探傷儀是超聲波檢測(cè)的主體設(shè)備，主要作用是產(chǎn)生高頻振蕩并加于換能器（探頭）上，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭接收到的反射波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行放大，通過一定方式顯示出來，從而得到被檢測(cè)工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置和相對(duì)大小等信息。一超聲檢測(cè)儀器一、超聲探傷儀的分類１、按波形特征分類（1）脈沖波超聲波探傷儀通過探頭向工件周期性的發(fā)射不連續(xù)且頻率不變的超聲波，要據(jù)超聲波的傳播時(shí)間及幅度判斷工件中的缺陷位置和大小，是目前使用最廣泛的探傷儀。2023/1/166一超聲檢測(cè)儀器（2）連續(xù)波超聲波探傷儀這類儀器是連續(xù)的發(fā)射和接收頻率和振幅都不變的超聲信號(hào)，根據(jù)透過工件的超聲波變化判斷工件中有無缺陷及缺陷大小，這類儀器靈敏度低，且不能確定缺陷位置，因而已大多被脈沖波探傷儀所代替。2023/1/167一超聲檢測(cè)儀器（3）調(diào)頻波超聲波探傷儀這類儀器通過探頭向工件中發(fā)射連續(xù)的頻率周期性變化的超聲波，根據(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無缺陷。但只適合檢查與探測(cè)面平行的缺陷，所以也大多被脈沖波探傷儀所代替。2023/1/168一超聲檢測(cè)儀器2、按反射體顯示方式進(jìn)行分類：（1）A型顯示：探頭將接收到的反射體的反射波信號(hào)以波形形式在顯示屏上顯示出來。顯示屏的橫坐標(biāo)代表反射波的傳播時(shí)間（或距離），縱坐標(biāo)代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷位置，由反射波的幅度可估算缺陷當(dāng)量尺寸大小。2023/1/169一超聲檢測(cè)儀器A型顯示、B型顯示

圖2-2B型顯示

圖2-1A型顯示一超聲檢測(cè)儀器（2）B型顯示：B型顯示是一種圖像顯示.探頭將接收到的反射波信號(hào)以不同輝度值在顯示屏上顯示出來,將探頭的掃查軌跡和反射波的傳播深度以直角坐標(biāo)形式顯示。顯示屏的橫坐標(biāo)是代表探頭的掃查軌跡,縱坐標(biāo)代表反射波的傳播深度。上界面的掃描線表示被檢工件的上表面,下界面的掃描線表示被檢工件的底面,兩條掃描線之間的輝度值變化處表示被檢工件中的缺陷,因而可直觀地顯示出被檢工件任一縱橫截面上缺陷的分布及缺陷的深度。一超聲檢測(cè)儀器以屏幕面代表被檢測(cè)對(duì)象由探頭移動(dòng)線和聲束決定的截面，縱座標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間，橫座標(biāo)代表探頭的水平位置，它可以顯示出缺陷在縱截面上的二維特征。2023/1/1612一超聲檢測(cè)儀器(3)C型顯示:探頭接收信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示,因而當(dāng)探頭在工件表面移動(dòng)時(shí),顯示屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖像,但不能顯示缺陷的深度。2023/1/1613一超聲檢測(cè)儀器

圖2-3C型顯示C型顯示一超聲檢測(cè)儀器3、按聲波通道分類（1）單通道探傷儀：這種儀器由一個(gè)或一對(duì)探頭單獨(dú)工作，是目前超聲波探傷中應(yīng)用最廣泛的儀器。2023/1/1615一超聲檢測(cè)儀器（2）多通道探傷儀：這種儀器由多個(gè)或多對(duì)探頭交替工作，每一通道相當(dāng)于一臺(tái)單通道探傷儀，適用于自動(dòng)化探傷。目前，探傷中廣泛使用的超聲波探傷儀都是A型顯示脈沖反射式探傷儀。2023/1/16161、儀器主要電路組成:圖2-4A型脈沖反射式超聲波探傷儀電路方框圖二、A型脈沖反射式超聲波探傷儀的一般工作原理一超聲檢測(cè)儀器2、儀器的工作流程A型脈沖反射式模擬超聲波探傷儀的工作過程可參照上圖，簡(jiǎn)要說明如下：同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開始工作，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，加至示波管水平偏轉(zhuǎn)板，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，在熒光屏上產(chǎn)生一條水平掃描線。與此同時(shí)，發(fā)射電路觸發(fā)產(chǎn)生調(diào)頻窄脈沖，加至探頭，激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)，在工件中產(chǎn)生超聲波，超聲波在工件中傳播，遇缺陷或底面發(fā)生反射，返回探頭時(shí)，又被壓電晶片轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)接收電路放大和檢波，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷波和底波。根據(jù)缺陷的位置可以確定缺陷的埋藏深度，根據(jù)缺陷波的幅度可以估算缺陷當(dāng)量的大小。2023/1/16182、儀器的工作流程2023/1/1619一超聲檢測(cè)儀器3、儀器主要電路組成與作用（1）、同步電路：同步電路又稱觸發(fā)電路，它每秒鐘產(chǎn)生數(shù)十至數(shù)千個(gè)脈沖，用來觸發(fā)探傷儀掃描電路、發(fā)射電路等，使之步調(diào)一致、有條不紊地工作。因此，同步電路是整個(gè)探傷儀的“中樞”，同步電路出了故障，整個(gè)探傷儀便無法工作。一超聲檢測(cè)儀器（2）、掃描電路：用來產(chǎn)生鋸齒波電壓，電壓與時(shí)間成正比，加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使示波管顯示屏上的光點(diǎn)沿水平方向作等速移動(dòng)，產(chǎn)生一條水平掃描時(shí)基線，探傷儀面板上的深度粗調(diào)、微調(diào)、掃描遲旋鈕都是掃描電路的控制旋鈕。2023/1/1621一超聲檢測(cè)儀器(3)發(fā)射電路：發(fā)射電路利用閘流管或可控硅的開關(guān)特性，產(chǎn)生幾百伏至上千伏的電脈沖。電脈沖加于發(fā)射探頭，激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)，使之發(fā)射超聲波，可控硅發(fā)射電路的典型電路。如圖所示。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器發(fā)射電路中的電阻Ro稱為阻尼電阻，用發(fā)射強(qiáng)度旋鈕可改變Ro的阻值。阻值大發(fā)射強(qiáng)度高，阻值小發(fā)射強(qiáng)度低，因Ro與探頭并聯(lián)，改變Ro同時(shí)也改變了探頭電阻尼大小，即影響探頭的分辨力。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器(4)接收電路：接收電路由衰減器、射頻放大器、檢波器和視頻放大器等組成。它將來自探頭的電信號(hào)進(jìn)行放大、檢波，最后加至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，并在熒光屏上顯示。由于接收的電信號(hào)非常微弱，通常只有數(shù)百微伏到數(shù)伏，而示波管全調(diào)制所需電壓要幾百伏，所以接收電路必須具有約105的放大能力。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器接收電路的性能對(duì)探傷儀性能影響極大，它直接影響到探傷儀的垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、探傷靈敏度、分辨力等重要技術(shù)指標(biāo)。接收電路的方框圖及其波形如圖所示。2023/1/1625一超聲檢測(cè)儀器由大小不等的缺陷所產(chǎn)生的回波信號(hào)電壓大約有幾百微伏到幾伏，為了使變化范圍如此大的缺陷回波在放大器內(nèi)得到正常的放大，并能在示波管熒光屏的有效觀察范圍內(nèi)正常顯示，可使用衰減器改變輸入到某級(jí)放大器信號(hào)的電平。一般把放大器的電壓放大倍數(shù)用分貝來表示：2023/1/1626一超聲檢測(cè)儀器(5)顯示電路：顯示電路主要由示波管及外圍電路組成。示波管用來顯示探傷圖形，示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏等三部分組成。2023/1/16

返回目錄一超聲檢測(cè)儀器電子槍發(fā)射的聚束電子以很高的速度轟擊熒光屏?xí)r，使熒光物質(zhì)發(fā)光，在熒光屏上形成亮點(diǎn)。掃描電路的掃描電壓和接收電路的信號(hào)電壓分別加至水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而亮點(diǎn)就在熒光屏上移動(dòng)，描出探傷圖形。由于掃描速度非常快，肉眼看上去就好象是靜止的圖象。一超聲檢測(cè)儀器(6)電源：電源的作用是給探傷儀各部分電路提供適當(dāng)?shù)碾娔?，使整機(jī)電路工作。模擬探傷儀一般用220伏或110伏交流市電，探傷儀內(nèi)部有供各部分電路使用的變壓、整流及穩(wěn)壓電路。數(shù)字便攜式探傷儀多用蓄電池供電，用充電器給蓄電池充電。4.儀器主要開關(guān)旋鈕的作用及其調(diào)整2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器探傷儀面板上有許多開關(guān)和旋鈕，用于調(diào)節(jié)探傷儀的功能和工作狀態(tài)。圖2-10是CTS—22型探傷儀面板示意圖，以這種儀器為例，說明各主要開關(guān)的作用及其調(diào)整方法。2023/1/1630一超聲檢測(cè)儀器2023/1/1631一超聲檢測(cè)儀器1、工作方式選擇旋鈕工作方式選擇旋鈕的作用是選擇探測(cè)方式。即“雙探”或“單探”方式。當(dāng)開關(guān)置于“雙探”時(shí)，為雙探頭一發(fā)一收工作狀態(tài)，可用一個(gè)雙晶探頭或兩個(gè)單探頭探傷，發(fā)射探頭和接收探頭分別連接到發(fā)射插座和接收插座。當(dāng)開關(guān)置于“單探”時(shí)，為單探頭發(fā)收工作狀態(tài)，可用一個(gè)單探頭探傷，此時(shí)發(fā)射插座和接收插座從內(nèi)部連通，探頭可插入任一插座。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器2、發(fā)射強(qiáng)度旋鈕發(fā)射強(qiáng)度旋鈕的作用是改變儀器的發(fā)射脈沖功率，從而改變儀器的發(fā)射強(qiáng)度。增大發(fā)射強(qiáng)度時(shí)，可提高儀器靈敏度，但脈沖變寬，分辨力變差。因此，在探傷靈敏度能滿足要求的情況下，發(fā)射強(qiáng)度旋鈕應(yīng)盡量放在較低的位置。2023/1/1633一超聲檢測(cè)儀器3、增益旋鈕（增益細(xì)調(diào)旋鈕）作用是改變接收放大器的放大倍數(shù)，進(jìn)而連續(xù)改變探傷儀的靈敏度。4、衰減器衰減器的作用是調(diào)節(jié)探傷靈敏度和測(cè)量回波振幅。調(diào)節(jié)靈敏發(fā)時(shí)，衰減讀數(shù)大，靈敏度低；衰減讀數(shù)小，靈敏度高。測(cè)量回波振幅時(shí)，衰減讀數(shù)大，回波幅度高；衰減讀數(shù)小，回波幅度低。一般探傷儀的衰減器分粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩種，粗調(diào)每檔10dB或20dB，細(xì)調(diào)每擋2dB或1dB，總衰減量80dB左右。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器5、抑制旋鈕抑制熒光屏上幅度較低或認(rèn)為不必要的雜亂反射波，使之不予顯示，從而使熒光屏顯示的波形清晰。在探傷中一般不使用抑制。6、深度范圍旋鈕（深度粗調(diào)旋鈕）作用是粗調(diào)熒光屏掃描線所代表的探測(cè)范圍。調(diào)節(jié)深度范圍旋鈕，可較大幅度地改變時(shí)間掃描線的掃描速度。從而使熒光屏上回波間距大幅度地壓縮或擴(kuò)展。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器7、深度細(xì)凋旋鈕精確調(diào)整探測(cè)范圍。調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)旋鈕。可連續(xù)改變掃描線的掃描速度，從而使熒光屏上的回波間距在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。8、延遲旋鈕（脈沖移位旋鈕）用于調(diào)節(jié)開始發(fā)射脈沖時(shí)刻與開始掃描時(shí)到之間的時(shí)間差。調(diào)節(jié)延遲旋鈕可使掃描線上的回波位置大幅度左右移動(dòng)，而不改變回波之間的距離。調(diào)節(jié)探測(cè)范圍時(shí)，用延遲旋鈕可進(jìn)行零位校正，即用深度粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)好回波間距后，再用延遲旋鈕將反射波調(diào)至正確位置，使聲程原點(diǎn)與水平刻度的零點(diǎn)重合。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器9、聚焦旋鈕聚焦旋鈕的作用是調(diào)節(jié)電子束的聚焦程度，使熒光屏波形清晰。10、頻率選擇旋鈕寬頻帶探傷儀的放大器頻率范圍寬，覆蓋了整個(gè)探傷所需的頻率范圍，探傷儀面板上沒有頻率選擇旋鈕。探傷頻率由探頭頻率決定。窄頻帶探份儀沒有頻率選擇開關(guān)，用以使發(fā)射電路與所用探頭相匹配，并用以改變放大器的通帶，使用時(shí)開關(guān)指示的頻率范圍應(yīng)與所選用探頭相一致。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器11、水平旋鈕

水平旋鈕也稱零位調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)水平旋鈕，可使掃描線連掃描線上的回波一起左右移動(dòng)一段距離，但不改變回波間距。調(diào)節(jié)探測(cè)范圍時(shí)，用深度粗調(diào)和細(xì)調(diào)旋鈕調(diào)好回波間距，用水平旋鈕進(jìn)行零位校正。12、重復(fù)頻率旋鈕重復(fù)頻率旋鈕的作用是調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率，即改變發(fā)射電路每秒鐘發(fā)射脈沖的次數(shù)。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器l3、垂直旋鈕垂直旋鈕用于調(diào)節(jié)掃描線的垂直位置。調(diào)節(jié)垂直旋鈕，可使掃描線上下移動(dòng)。14、輝度旋鈕輝度旋鈕用于調(diào)節(jié)波形的亮度。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器15、深度補(bǔ)償開關(guān)有些探傷儀設(shè)有深度補(bǔ)償開關(guān)或“距離振幅校正”(DAC)旋鈕，它們的作用是改變放大器的性能，使位于不藏深度的相同尺寸缺陷的回波高度差異減小。16、顯示選擇開關(guān)顯示選擇開關(guān)用于選擇“檢波”或“不檢波”顯示。2023/1/16主要控制旋鈕及功能

工作方式選擇發(fā)射強(qiáng)度衰減器增益深度范圍脈沖位移(延遲)抑制

2023/1/16時(shí)基線部分深度粗調(diào)旋鈕（掃描范圍旋鈕）以大的區(qū)間調(diào)節(jié)時(shí)基線長(zhǎng)度所代表的檢測(cè)范圍，以使需要檢測(cè)的深度范圍的反射波顯示在屏幕上深度微調(diào)旋鈕（聲速旋鈕）可連續(xù)精確地調(diào)節(jié)時(shí)基線代表的檢測(cè)范圍，使時(shí)基線刻度與聲傳播距離成所需的比例，以對(duì)缺陷準(zhǔn)確定位延遲旋鈕調(diào)節(jié)掃描線起始點(diǎn)，將其延遲一段時(shí)間開始，配合深度細(xì)調(diào)，可將所需觀察的波形展寬，以便更細(xì)致地觀察，也可用于平移顯示的波形，使反射波與時(shí)基線刻度對(duì)準(zhǔn)名稱功能2023/1/1642一超聲檢測(cè)儀器模擬儀器的定位調(diào)節(jié)（掃描比例）模擬儀器的缺陷定位主要是通過掃描比例的調(diào)節(jié)，從而在屏幕上觀察缺陷回波相對(duì)屏幕的位置來確定。在模擬儀器的顯波屏上橫坐標(biāo)軸上有著等分的十個(gè)大格，每一個(gè)大格內(nèi)又有等分的十小格，通過調(diào)節(jié)深度和延遲旋鈕當(dāng)示波器內(nèi)的電子槍的掃描速度調(diào)節(jié)到某一時(shí)刻，屏幕上的每一個(gè)小格都與實(shí)際距離相對(duì)應(yīng)時(shí)，掃描比例調(diào)整完畢。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器如果屏幕上每一小格與實(shí)際深度距離相對(duì)應(yīng)，則稱之為深度比例，如與水平距離相對(duì)應(yīng)，則稱之為水平比例。當(dāng)每一小格與實(shí)際距離一毫米相對(duì)應(yīng)，則稱之為比例1:1，每一小格與2毫米對(duì)應(yīng)，稱為1:2，每?jī)尚「衽c實(shí)際距離一毫米對(duì)應(yīng)稱為2:1，以此類推。在探傷過程中，發(fā)現(xiàn)了缺陷回波，只需要從儀器上數(shù)出缺陷波對(duì)應(yīng)屏幕上的格數(shù)再根據(jù)掃描比例進(jìn)行計(jì)算即可得到。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器三、數(shù)字式超聲探傷儀（1）數(shù)字式超聲探傷儀一般工作原理數(shù)字式超聲波探傷儀的發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號(hào)的處理、顯示均采用數(shù)字化方式進(jìn)行。同時(shí)增加了數(shù)字化帶來的數(shù)據(jù)測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)與輸出功能。（2）數(shù)字式超聲探傷儀電路框圖2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器

圖2-5數(shù)字式探傷儀的電路框圖三、數(shù)字式超聲探傷儀2023/1/1646一超聲檢測(cè)儀器基本組成：（1）發(fā)射電路：相同。（2）接收放大電路：衰減器和高頻放大器相同；數(shù)字探傷儀的電信號(hào)經(jīng)放大后，由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將其變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，由微處理器進(jìn)行處理后，在顯示屏上顯示出來。（3）發(fā)射電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的同步控制不需要同步電路，由微處理器通過程序來協(xié)調(diào)各部分工作。1、數(shù)字式超聲探傷儀與模擬式超聲探傷儀的異同2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器2、儀器的功能：（1）數(shù)字式包括模擬式的全部功能。（2）數(shù)字式可使控制參數(shù)存儲(chǔ)，可以自動(dòng)按存儲(chǔ)的參數(shù)重新對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)再現(xiàn)性好。（3）數(shù)字式具有波形的記錄與存儲(chǔ)、波形參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算與顯示、距離—波幅曲線的自動(dòng)生成、時(shí)基線比例的自動(dòng)調(diào)整以及頻譜分析等附加功能。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器3、儀器的性能：（1）發(fā)射電路和接收電路相同。其靈敏度、分辨力、放大線性相同。（2）信號(hào)處理與顯示：模擬式儀器由單行掃描線經(jīng)幅度調(diào)節(jié)顯示波形，數(shù)字化儀器由微處理器通過程序來控制顯示器實(shí)現(xiàn)逐行逐點(diǎn)掃描。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器后的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算處理以后送到顯示器顯示，能否實(shí)時(shí)的把超聲信用卡號(hào)全部顯示出來，與顯示器的響應(yīng)速度以及數(shù)據(jù)處理速度有關(guān)。顯示器的刷新頻率應(yīng)與超聲脈沖重復(fù)頻率一致，才能保證所在信號(hào)得到顯示，否則，也可能造成漏檢。2023/1/1649一超聲檢測(cè)儀器4、數(shù)字化探傷儀的主要性能參數(shù)（1）重復(fù)頻率：同步脈沖的頻率，是每秒種內(nèi)同步電路指揮發(fā)射電路、掃描電路等部分協(xié)調(diào)工作的次數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)儀器完成超聲波檢測(cè)的有效次數(shù)。每次超聲波信號(hào)在產(chǎn)生的同時(shí)完成了和閘門電平的比較，輸出報(bào)警。然后再進(jìn)行下一次脈沖檢測(cè)。因此，脈沖重復(fù)頻率受數(shù)據(jù)處理時(shí)間的制約。（2）分辨力：表示儀器和探頭組合后能夠分兩個(gè)相鄰不連續(xù)缺陷的能力。數(shù)字式探傷儀的波形顯示是波形在水平方向分量有限個(gè)點(diǎn)的集合。2023/1/1650一超聲檢測(cè)儀器（3）水平線性：儀器顯示屏上時(shí)基線顯示的水平刻度值與實(shí)際聲程之間成正比的程度。即掃描速度的均勻性。儀器水平線性的好壞直接影響缺陷的定位精度。（4）垂直線性：儀器顯示屏上的波幅與探頭接收的信號(hào)之間成正比的程度。數(shù)字化探傷儀采用集成化的數(shù)字控制放大器，線性誤差可控制到很小。（5）采樣頻率：數(shù)字化采樣頻率要高于信號(hào)頻率或帶寬的兩倍。2023/1/1651一超聲檢測(cè)儀器（1）讀數(shù)準(zhǔn)確、直觀。（2）波形顯示清晰。（3）數(shù)字化檢測(cè)參數(shù)計(jì)算快。（4）距離波幅曲線的三線相對(duì)衍生。（5）閘門內(nèi)波形參數(shù)的自動(dòng)捕獲（6）波形記錄、檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、便于建立數(shù)據(jù)庫(kù)。（7）檢測(cè)參數(shù)的自動(dòng)生成。（8）排除電磁干擾和數(shù)據(jù)后期處理5、數(shù)字式超聲探傷儀的功能特點(diǎn)2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器6、數(shù)字智能化超聲探傷儀的發(fā)展前景隨著電子技術(shù)和軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字式超聲波探傷儀有著廣闊的發(fā)展前景。相信不久的將來，更加先進(jìn)的新一代數(shù)字智能化超聲探傷儀將逐步取代傳統(tǒng)的模擬探傷儀，以圖像顯示為主的探傷儀將會(huì)在工業(yè)檢驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。（1）成像技術(shù)的應(yīng)用

2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器目前某些數(shù)字或智能儀器已具有簡(jiǎn)單手動(dòng)B掃描功能，能示意性地顯示被檢工件的斷面圖像。隨著技術(shù)的進(jìn)步，將會(huì)有實(shí)用化帶有探頭位置信息輸入的B掃描和C掃描功能，甚至可在便攜式儀器上實(shí)現(xiàn)相控陣的B掃描和C掃描成像，使探傷結(jié)果像醫(yī)用B超一樣直觀可見。

（2）缺陷定性2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器超聲探傷缺陷定性歷來是一個(gè)疑難問題，至今仍主要依賴于探傷人員的經(jīng)驗(yàn)和分析判斷，準(zhǔn)確性差。現(xiàn)代人工智能學(xué)科的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)儀器自動(dòng)缺陷定性提供了可能。運(yùn)用模式識(shí)別技術(shù)和專家系統(tǒng)，把大量已知缺陷的各種特征量輸入樣品庫(kù)，使儀器接受人的經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)過學(xué)習(xí)后而具備自動(dòng)缺陷定性的能力。

2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器2023/1/16鋼軌超聲探傷設(shè)備一超聲檢測(cè)儀器四、儀器的維護(hù)使用、維護(hù)、修理（1）嚴(yán)格按說明書要求進(jìn)行操作。（2）防止儀器摔碰和振動(dòng)。（3）注意使用的場(chǎng)合。（4）防止液體物質(zhì)進(jìn)入儀器內(nèi)部。（5）正確接電源。2023/1/1657一超聲檢測(cè)儀器（6）輕調(diào)旋鈕。（7）用畢后清理。（8）正確拔接電源。（9）長(zhǎng)期不用時(shí)，進(jìn)行驅(qū)除潮氣處理。（10）儀器出現(xiàn)故障時(shí)，立即關(guān)電源進(jìn)行檢修。2023/1/1658一超聲檢測(cè)儀器超聲波測(cè)厚儀1.共振式測(cè)厚儀超聲波（連續(xù)波）垂直入射到平板工件底面，全反射。當(dāng)工件厚度為δ=λ/2的整數(shù)倍時(shí),反射波與入射波互相疊加,形成駐波,產(chǎn)生共振.工件厚度與波速、頻率的關(guān)系為:當(dāng)n=1時(shí),f為工件的基頻。測(cè)得兩個(gè)相鄰的共振頻率后，可由下式得到工件的厚度：2023/1/1659一超聲檢測(cè)儀器共振式測(cè)厚儀可測(cè)厚度下限小，最小可達(dá)0.1mm；測(cè)試精度較高?？蛇_(dá)0.1%。2023/1/16超聲波測(cè)厚儀一超聲檢測(cè)儀器2.脈沖反射式測(cè)厚儀通過測(cè)量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時(shí)間來求得工件的厚度：測(cè)量往返時(shí)間t的兩種方法：（1）測(cè)量發(fā)射脈沖T與第一次底波B1之間的時(shí)間。發(fā)射脈沖寬度大，盲區(qū)大，測(cè)量下限受限制，約1～1.5mm。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器（2）測(cè)量第一次底波B1與第二次底波B2之間的時(shí)間或任意兩次相鄰底波之間的時(shí)間。底波脈沖寬度窄，盲區(qū)小，測(cè)量下限小。最小可達(dá)0.25mm。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器3.測(cè)厚儀的調(diào)整和使用---調(diào)整要點(diǎn)：（1）測(cè)厚前，先校準(zhǔn)儀器的下限和線性。測(cè)量下限用一塊厚度為下限的試塊來校準(zhǔn)；線性用厚度不同的試塊來校正。（2）選擇測(cè)厚方法。根據(jù)工件厚度和精度要求來選擇探頭。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器小結(jié)本模塊主要講授了超聲檢測(cè)儀器的類型和基本原理，以及超聲檢測(cè)儀器的發(fā)展與維護(hù)。模擬式超聲檢測(cè)儀器在原理上主要包括同步電路、掃描電路、發(fā)射電路、接收電路和顯示電路等，圍繞波形顯示機(jī)理來理解上述電路是本模塊的重點(diǎn)。2023/1/16一超聲檢測(cè)儀器課外作業(yè)：什么是超聲檢測(cè)儀器的水平線性和垂直線性？它對(duì)超聲檢測(cè)有何影響？什么是超聲檢測(cè)儀器的分辨力2023/1/16二探頭導(dǎo)入：探頭是能實(shí)現(xiàn)電能和超聲波能相互轉(zhuǎn)換的傳感器。本模塊主要介紹探頭的種類及其性能指標(biāo)等。課時(shí)：2學(xué)時(shí)。授課方式：新授（有條件的可借助實(shí)物探頭講解，增加學(xué)生的認(rèn)識(shí)）。重點(diǎn)：直探頭和斜探頭的結(jié)構(gòu)、探頭的性能指標(biāo)。難點(diǎn)：探頭性能指標(biāo)。二探頭超聲換能器：將其他形式能量轉(zhuǎn)換成超音頻振動(dòng)形式能量的器件可用來發(fā)射超聲波，具有可逆效應(yīng)時(shí)又可用來接收超聲波。探頭：以換能器為主要元件組裝成具有一定特性的超聲發(fā)射、接收器件。

超聲波探頭是組成超聲檢測(cè)系統(tǒng)的最重要的組件之一。探頭的性能直接影響超聲檢測(cè)的能力和效果。2023/1/16二探頭超聲換能器種類：壓電換能器、磁致伸縮換能器、電磁聲換能器和激光換能器。常用的是壓電換能器，壓電晶片——探頭的關(guān)鍵部件。

壓電晶片作用：將電能轉(zhuǎn)換成聲能，并將聲能轉(zhuǎn)換成電能。2023/1/16二探頭主要內(nèi)容：1、壓電效應(yīng)與壓電材料2、探頭的結(jié)構(gòu)及各部分的作用3、探頭的主要種類4、探頭的型號(hào)標(biāo)識(shí)方法5、探頭的電纜線2023/1/16二探頭一、壓電效應(yīng)和壓電材料正壓電效應(yīng)（聲能→電能）：某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生交變電場(chǎng)的效應(yīng)；逆壓電效應(yīng)（電能→聲能）：當(dāng)晶體材料在交變電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)。壓電效應(yīng)：正、逆壓電效應(yīng)的統(tǒng)稱。壓電材料：具有壓電效應(yīng)的單晶和多晶材料。多晶材料又稱壓電陶瓷。2023/1/16二探頭壓電單晶體是各向異性的，其產(chǎn)生壓電效應(yīng)的機(jī)理與其特定方向上的原子排列方式有關(guān)。單晶體的正壓電效應(yīng)強(qiáng)，接收靈敏度高。常用單晶體材料有石英、硫酸鋰、鈮酸鋰等。2023/1/16二探頭壓電多晶體是各向同性的。為了使整個(gè)晶片具有壓電效應(yīng)，必須對(duì)陶瓷多晶體進(jìn)行極化處理。多晶體的逆壓電效應(yīng)強(qiáng)，發(fā)射靈敏度高。常用的多晶體材料有鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛等。2023/1/16二探頭石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理晶體學(xué)中它可用三根互相垂直的軸來表示，其中縱向軸Z－Z稱為光軸；經(jīng)過正六面體棱線，并垂直于光軸的X－X軸稱為電軸；與X－X軸和Z－Z軸同時(shí)垂直的Y－Y軸（垂直于正六面體的棱面）稱為機(jī)械軸2023/1/16XZY(a)(b)石英晶體(a)理想石英晶體的外形(b)坐標(biāo)系ZYX

通常把沿電軸X－X方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸Y－Y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸Z－Z方向受力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)二探頭2023/1/1674二探頭沿x軸方向施壓時(shí)，產(chǎn)生的壓電效應(yīng)最顯著，且電壓沿x方向形成；沿Y軸方向施壓時(shí)，電壓仍在x軸方向形成。X切割晶片：垂直于x軸切割晶片，在晶片兩面施加電壓可產(chǎn)生垂直于晶片的振動(dòng)，形成縱波。具有縱向電壓性。Y切割晶片：垂直于Y軸切割晶片，在晶片兩面施加電壓可產(chǎn)生平行于晶片的振動(dòng)，具有橫向電壓性，可制作接觸式橫波探頭。2023/1/16

石英晶體具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。組成石英晶體的硅離子Si4+和氧離子O2-在Z平面投影，如圖(a)。為討論方便，將這些硅、氧離子等效為圖(b)中正六邊形排列，圖中“＋”代表Si4+，“－”代表2O2-。

(b)(a)++---YXXY硅氧離子的排列示意圖(a)硅氧離子在Z平面上的投影（b）等效為正六邊形排列的投影+二探頭2023/1/1676

當(dāng)作用力FX=0時(shí)，正、負(fù)離子（即Si4+和2O2-）正好分布在正六邊形頂角上，形成三個(gè)互成120o夾角的偶極矩P1、P2、P3，如圖（a）所示。此時(shí)正負(fù)電荷中心重合，電偶極矩的矢量和等于零，即

P1＋P2＋P3＝0Y+++---X(a)FX=0P1P2P3二探頭2023/1/1677

當(dāng)晶體受到沿X方向的壓力（FX<0）作用時(shí)，晶體沿X方向?qū)a(chǎn)生收縮，正、負(fù)離子相對(duì)位置隨之發(fā)生變化，如圖（b）所示。此時(shí)正、負(fù)電荷中心不再重合，電偶極矩在X方向的分量為(P1+P2+P3)X>0在Y、Z方向上的分量為（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0由上式看出，在X軸的正向出現(xiàn)正電荷，在Y、Z軸方向則不出現(xiàn)電荷FXXY++++－－－－FX(b)FX<0+++---P1P2P3二探頭2023/1/16（P1+P2+P3）X<0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0(c)FX>0Y+++--X-+++－－－FXFXP2P3P1+－

當(dāng)晶體受到沿X方向的拉力（FX＞0）作用時(shí)，其變化情況如圖（c）。此時(shí)電極矩的三個(gè)分量為

在X軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在Y、Z方向則不出現(xiàn)電荷，因此當(dāng)晶體受到沿X(電軸)方向的力FX作用時(shí)，它在X方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，而Y、Z方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)二探頭2023/1/1679

晶體在Y軸方向力FY作用下的情況與FX相似。當(dāng)FY＞0時(shí)，晶體的形變與圖（b）相似；當(dāng)FY＜0時(shí)，則與圖（c）相似。由此可見，晶體在Y（即機(jī)械軸）方向的力FY作用下，使它在X方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在Y、Z方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

晶體在Z軸方向力FZ的作用下，因?yàn)榫w沿X方向和沿Y方向所產(chǎn)生的正應(yīng)變完全相同，所以，正、負(fù)電荷中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這就表明，沿Z(即光軸)方向的力FZ作用下，晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。二探頭2023/1/16壓電陶瓷屬于鐵電體一類的物質(zhì)，具有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的電疇結(jié)構(gòu)。電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域，它有一定的極化方向，從而存在一定的電場(chǎng)。在無外電場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體上雜亂分布，它們的極化效應(yīng)被相互抵消，因此原始的壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。直流電場(chǎng)E剩余極化強(qiáng)度剩余伸長(zhǎng)電場(chǎng)作用下的伸長(zhǎng)(a)極化處理前(b)極化處理中(c)極化處理后

壓電陶瓷的壓電效應(yīng)二探頭2023/1/1681

如果施加一個(gè)與極化方向平行的壓力F，壓電陶瓷將產(chǎn)生壓縮形變（圖中虛線），片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距離變小，極化強(qiáng)度也變小。因此原來吸附在電極上的自由電荷，有一部分被釋放，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀(這是一個(gè)膨脹過程)，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之間的距離變大，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)的現(xiàn)象，就是正壓電效應(yīng)。＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋

極化方向F－＋正壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線代表形變前的情況，虛線代表形變后的情況）二探頭2023/1/1682

同樣，若施加一個(gè)與極化方向相同的電場(chǎng)，由于電場(chǎng)的方向與極化強(qiáng)度的方向相同，所以電場(chǎng)的作用使極化強(qiáng)度增大，壓電陶瓷內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間距離也增大，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長(zhǎng)形變（圖中虛線）。同理，如果外加電場(chǎng)的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生縮短形變。這種由于電效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械效應(yīng)的現(xiàn)象，就是逆壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線代表形變前的情況，虛線代表形變后的情況）－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－極化方向電場(chǎng)方向Ｅ二探頭2023/1/1683二探頭壓電材料的主要性能參數(shù)1.壓電應(yīng)變常數(shù)d33：在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變大小。衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度高低的重要參數(shù)。2023/1/16二探頭2.壓電電壓常數(shù)g33：作用在壓電晶體上單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。衡量壓電晶體材料接收靈敏度高低的重要參數(shù)。2023/1/16二探頭3.介電常數(shù)ε：介質(zhì)的介電性質(zhì)。ε=Ct/AC—電容；t-極板間距；A-面積4.機(jī)電耦合系數(shù)K:表示壓電材料機(jī)械能（聲能）與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。正壓電效應(yīng)：K=轉(zhuǎn)換的電能/輸入的機(jī)械能逆壓電效應(yīng)：K=轉(zhuǎn)換的機(jī)械能/輸入的電能2023/1/16二探頭5.機(jī)械品質(zhì)因子θm：壓電晶片在諧振時(shí)儲(chǔ)存的機(jī)械能E儲(chǔ)與在一個(gè)周期內(nèi)損耗的能量E損之比。6.頻率常數(shù)Nt：壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積。2023/1/16二探頭駐波理論，壓電晶片在高頻電脈沖激勵(lì)下產(chǎn)生共振的條件：7.居里溫度TC：使壓電材料的壓電效應(yīng)消失的溫度。超聲波探頭對(duì)晶片的要求：機(jī)電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。。2023/1/16二探頭機(jī)械品質(zhì)因子θm較小，以便獲得較高的分辨率和較小的盲區(qū)壓電應(yīng)變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。頻率常數(shù)Nt較大，介電常數(shù)ε較小，以便獲得較高的頻率。居里溫度TC較高，聲阻抗Z適當(dāng)。2023/1/16二探頭（四）、探頭的種類和結(jié)構(gòu)1、探頭組成：壓電晶片、阻尼塊、外殼、電極、保護(hù)膜（斜鍥）、調(diào)諧線圈壓電晶片：實(shí)現(xiàn)聲電相互轉(zhuǎn)換；阻尼塊：吸收聲能加大阻尼；外殼：保護(hù)固定內(nèi)部原件；電極：實(shí)現(xiàn)晶片和電纜連接；保護(hù)膜、斜鍥：保護(hù)晶片、波形轉(zhuǎn)換；調(diào)諧線圈：實(shí)現(xiàn)探頭與儀器最佳匹配。2023/1/16二探頭壓電換能器探頭由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護(hù)膜和外殼組成。斜探頭有一個(gè)使晶片與入射面成一定角度的斜楔塊。組成2023/1/16二探頭1.壓電晶片

接收和發(fā)射超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲換能。晶片性能決定探頭性能。晶片的尺寸和頻率決定發(fā)射聲場(chǎng)的強(qiáng)度、距離波幅特性和指向性。晶片制作質(zhì)量關(guān)系到探頭的聲場(chǎng)對(duì)稱型、分辨力、信噪比等特性。2023/1/162023/1/16二探頭2.阻尼塊和吸聲材料阻尼塊由環(huán)氧樹脂和鎢粉等按一定比例配成的阻尼材料，對(duì)壓電晶片的振動(dòng)起阻尼作用：使脈沖寬度減小，提高分辨力；吸收晶片向背面發(fā)射的超聲波；對(duì)晶片起支承作用。3.保護(hù)膜保護(hù)壓電晶片不致磨損和損壞。分硬、軟保護(hù)膜。二探頭4.斜楔使超聲波傾斜入射到檢測(cè)面而裝在晶片前面的楔塊。斜楔中的縱波波速須小于工件中的縱波波速。5.電纜線6.外殼2023/1/162023/1/16二探頭種類：a.波型分類：縱波、橫波、表面波、板波探頭等。b.耦合方式分類：接觸式、液（水）浸式。c.波束分類：聚焦、非聚焦。d.晶片數(shù)分類：?jiǎn)尉?、雙晶。常用二探頭1.接觸式縱波直探頭發(fā)射垂直于探頭表面?zhèn)鞑サ目v波，直接接觸工件表面的方式入射縱波檢測(cè)。主要用于檢測(cè)與檢測(cè)面平行或近似平行的缺陷（板材、鍛件）。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸2023/1/162023/1/16二探頭2.接觸式斜探頭共同特點(diǎn)：壓電晶片貼在一斜楔上，晶片于探頭表面成一定傾角。縱波斜探頭（αL＜αⅠ）：利用小角度的縱波進(jìn)行缺陷檢測(cè)；利用縱波穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行縱波斜入射檢測(cè)。使用時(shí)應(yīng)注意工件中同時(shí)存在的橫波的干擾。二探頭橫波斜探頭（αL=αⅠ～αⅡ）：折射波為純橫波。結(jié)構(gòu)為直探頭加斜楔。主要用于檢測(cè)與探測(cè)面成一定角度的缺陷。標(biāo)稱方式：K=tgβ表面波探頭（αL≥αⅡ）：入射角在產(chǎn)生瑞利波的臨界角附近，通常比αⅡ略大。結(jié)構(gòu)與橫波斜探頭一樣。用于檢測(cè)表面和近表面缺陷。2023/1/162023/1/16二探頭蘭姆波探頭：角度根據(jù)板厚、頻率和所選的蘭姆波模式而定。用于檢測(cè)薄板中缺陷?？勺兘翘筋^：入射角可變。入射角變化范圍為0°～70°。2023/1/16二探頭3.雙晶探頭（分割探頭）分類：雙晶縱波探頭（αL＜αⅠ）、雙晶橫波探頭（αL=αⅠ～αⅡ）。結(jié)構(gòu)：雙晶探頭有分別用于發(fā)射和接收的兩塊壓電晶片，中間夾有隔聲層。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、雜波少盲區(qū)小、工件中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度小、探測(cè)范圍可調(diào)。主要用于檢測(cè)近表面缺陷和已知缺陷的定點(diǎn)測(cè)量。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和聲束匯聚區(qū)。2023/1/16二探頭雙晶探頭2023/1/16二探頭4.接觸式聚焦探頭按焦點(diǎn)形狀分：點(diǎn)聚焦─聲透鏡為球面，理想焦點(diǎn)為一點(diǎn)；線聚焦─聲透鏡為柱面，理想焦點(diǎn)為一條線。按耦合情況分：水浸聚焦：以水為耦合劑；接觸聚焦：通過薄層耦合介質(zhì)與工件接觸。二探頭按接觸聚焦方式不同分：透鏡式聚焦、反射式聚焦和曲面晶片式聚焦。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和焦距。透鏡式聚焦反射式聚焦曲面晶片式聚焦2023/1/162023/1/16二探頭5.水浸平探頭和水浸聚焦探頭水浸法：以水為耦合介質(zhì)，探頭不與工件直接接觸。水浸平探頭：在水中使用的縱波平探頭。當(dāng)改變探頭傾角使聲束從水中傾斜入射至工件表面，可通過折射在工件中產(chǎn)生純橫波。水浸聚焦探頭：在水浸平探頭前加上聲透鏡產(chǎn)生聚焦聲束。焦距F與聲透鏡的曲率半徑r之間的關(guān)系：1042023/1/16二探頭n——透鏡與耦合介質(zhì)波速比，n=C1/C2。對(duì)于有機(jī)玻璃和水：F=2.2r聚焦探頭檢測(cè)工件時(shí)，實(shí)際F′會(huì)變小：F′=F－L（C3/C2－1）L—工件中焦點(diǎn)至工件表面的距離；C2—耦合劑中波速；C3—工件中波速。水層厚度：H=F－L·C3/C2二探頭6.高溫探頭高溫探頭中的壓電晶片需選用居里溫度較高的鈮酸鋰(1200℃)、石英(550℃)、鈦酸鉛(460℃)來制作，外殼與阻尼塊為不銹鋼，電纜為無機(jī)物絕緣體高溫同軸電纜，前面殼體與晶片之間采用特殊釬焊使之形成高溫耦合層。這種探頭可在400-700℃高溫下進(jìn)行探傷。2023/1/162023/1/16二探頭電磁超聲探頭組成：高頻線圈、磁鐵兩部分原理：通電→渦流（轉(zhuǎn)子）→外加磁場(chǎng)（定子）→受力→產(chǎn)生高頻振動(dòng)→超聲波。二探頭8.爬波探頭爬波：表面下的縱波。當(dāng)縱波以第一臨界角αⅠ附近的角度入射到界面時(shí)，會(huì)在第二介質(zhì)中產(chǎn)生表面下縱波，即爬波。爬波探頭：結(jié)構(gòu)與橫波探頭類似，入射角不同。2023/1/162023/1/16基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征2.5Ｂ20Ｚ直探頭園晶片直徑20ｍｍ鈦酸鋇陶瓷頻率2.5MHz5P6×6Ｋ3Ｋ表示折射角矩形晶片6×6ｍｍ鈦酸鉛陶瓷頻率5MHzＫ值為3（五）探頭型號(hào)的組成項(xiàng)目二探頭1092023/1/16根據(jù)波型，探頭可分為有縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、板波探頭等。根據(jù)波束可以分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據(jù)晶片數(shù)可分為單晶片、雙晶片。常用的主要是直探頭與斜探頭二探頭二探頭探頭的型號(hào)標(biāo)識(shí)方法工作頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類特征用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為MHz用化學(xué)元素縮寫符號(hào)表示用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm用漢語拼音縮寫字母表示用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。2.5B20Z直探頭鈦酸鋇陶瓷頻率2.5MHz5P6×6K3K值為3K值斜探頭矩形晶片6×6mm鋯鈦酸鉛陶瓷頻率5MHz例：圓晶片直徑20mm2023/1/16111二探頭探頭的電纜線探頭與探傷儀間的連接需采用高頻同軸電纜，這種電纜可消除外來電波對(duì)探頭的激勵(lì)脈沖及反射波脈沖的影響，并防止這種高頻脈沖以電波形式向外輻射。注：對(duì)于石英、硫酸鋰等介電常數(shù)很低的壓電晶片制成的探頭，電纜的長(zhǎng)度、種類的變化會(huì)引起探頭與探傷儀間阻抗匹配情況的較大改變，從而影響檢測(cè)靈敏度。

圖2-9同軸電纜截面2023/1/16112二探頭小結(jié)

探頭的種類很多有直探頭、斜探頭、雙晶探頭、聚焦探頭等，其中以直探頭、斜探頭、雙晶探頭最為常見。探頭通過其中的晶片具有的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲能和電能之間的轉(zhuǎn)換，晶片性能的好壞直接影響到超聲檢測(cè)的準(zhǔn)確性。課外作業(yè)：

教材P84.三、4。2023/1/16113三試塊導(dǎo)入：試塊是按照一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單幾何形狀人工反射體的式樣。它可以用來確定檢測(cè)靈敏度、評(píng)判缺陷大小等，是超聲檢測(cè)非常重要的器材。課時(shí)：2學(xué)時(shí)。授課方式：新授（有條件的可借助實(shí)驗(yàn)器材）。重點(diǎn)：主要試塊基本尺寸、使用方法。難點(diǎn)：CSK-IA試塊。2023/1/16114三試塊試塊：按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單幾何形狀人工反射體或模擬缺陷的試樣。人工反射體的式樣2023/1/16三試塊一、試塊的作用1.確定檢測(cè)靈敏度：檢測(cè)前用試塊上某一特定的人工反射體來調(diào)整檢測(cè)范圍和校驗(yàn)檢測(cè)靈敏度。2.測(cè)驗(yàn)試儀器和探頭的性能:如放大線性、水平線性、分辨力、入射點(diǎn)、K值等2023/1/16三試塊3.調(diào)整掃描速度：利用試塊調(diào)整儀器屏上刻度值與實(shí)際聲程之間的比例關(guān)系。4.評(píng)判缺陷的當(dāng)量大?。豪媚炒嗽嚶暤腁VG曲線來對(duì)缺陷定量。5.利用試塊測(cè)量材料的聲速、衰減性能等2023/1/16三試塊二、試塊的分類（JB/T4740-2005）按試塊來歷：1）標(biāo)準(zhǔn)試塊：如IIW試塊和IIW2試塊2）參考試塊：如CS-1試塊、CSK-IA試塊等2、按試塊上人工反射體：1）平底孔試塊：如CS-I、CS-2試塊2）橫孔試塊：如CSK-IA和CSK-ⅢA3）槽形試塊：如無縫鋼管探傷中所用的試塊，內(nèi)、外圓表面就加工有三角尖槽。2023/1/16三試塊1.標(biāo)準(zhǔn)試塊：由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定的試塊，其特性與制作要求有專門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通常具有規(guī)定的材質(zhì)、形狀、尺寸及表面狀態(tài)

用途：用于儀器探頭系統(tǒng)性能測(cè)試校準(zhǔn)和檢測(cè)校準(zhǔn)。2023/1/16三試塊基本要求：

1）材料的要求：采用與被檢工件聲學(xué)性能相同或相近的材料制成，制作時(shí)應(yīng)確認(rèn)材質(zhì)均勻，無雜質(zhì)，無影響使用的缺陷。

2）表面粗糙度的要求：一般應(yīng)優(yōu)于Ra＜1.6μm。

3）形狀與尺寸的要求：外形加工的平行度、垂直度與尺寸精度都應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)并符合圖樣要求。2023/1/16三試塊國(guó)際焊接標(biāo)準(zhǔn)試塊2023/1/16121三試塊荷蘭試塊2023/1/16122三試塊1、ⅡW試塊（荷蘭試塊）（1）利用試塊厚25mm可測(cè)定探傷儀的垂直線性、水平線性及調(diào)整縱波探測(cè)范圍。（2）利用Ф50圓弧和Ф1.5通孔測(cè)定斜探頭折射角及縱波直探頭的靈敏度余量，還可粗略估計(jì)直探頭的盲區(qū)大小及測(cè)定儀器與探頭組合后的穿透能力。圖2-10ⅡW試塊2023/1/16三試塊（3）利用R100圓弧面測(cè)定斜探頭入射點(diǎn)和盲區(qū)，并可校正時(shí)間軸比例和零點(diǎn)。（4）利用測(cè)距85mm、91mm和100mm三個(gè)槽口平面可測(cè)定直探頭的縱向分辨力。（5）利用試塊的直角棱邊測(cè)定斜探頭聲束偏斜角。圖2-10ⅡW試塊2023/1/16三試塊2、IIW2試塊1）尺寸：如圖2-282）主要用途：（1）用R50mm圓弧反射面測(cè)定斜探頭的入射點(diǎn)和靈敏度余量；（2）用φ5通孔的反射面測(cè)定斜探頭的折射角；（3）用厚度12.5mm的底面多次縱波反射，可測(cè)儀器的水平線性、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍（4）用R50和R25兩個(gè)圓弧面，校正時(shí)間軸和零點(diǎn)。2023/1/16三試塊3、CSⅠCSⅡ系列試塊1）用平底孔和大平底測(cè)縱波平底孔距離-波幅-當(dāng)量曲線，即實(shí)用AVG曲線；2）用試塊各平底孔對(duì)缺陷定量，3N以內(nèi)；3）測(cè)儀器的水平、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍；4）用大平底或平底孔調(diào)整檢測(cè)靈敏度；5）用φ2×200試塊測(cè)儀器、探頭低靈敏度余量。2023/1/16三試塊CS-1和CS-2試塊主要用途如下（1）利用各試塊的平底孔和大平底測(cè)試縱波平底孔距離-波幅-當(dāng)量曲線，即實(shí)用AVG曲線；（2）對(duì)缺陷定量：利用試塊上各平底孔多用于3N以內(nèi)缺陷的定量；（3）測(cè)儀器的水平、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍；用大平底或平底孔測(cè)；（4）調(diào)整探傷靈敏度：利用大平底或平底孔調(diào)；（5）測(cè)定儀器和探頭的靈敏度余量：利用Ф2×200試塊來測(cè)試。a）b)圖2-13CS-1與CS-2試塊a)CS-1試塊b)CS-2試塊2023/1/16三試塊4、CSK-1A試塊作用：①校驗(yàn)超聲探傷儀的水平線性、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍；②調(diào)節(jié)時(shí)基線比例和探測(cè)范圍；③測(cè)定直探頭與超聲探傷儀的組合遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力；④測(cè)定直探頭與超聲探傷儀的組合的最大穿透能力；焊接接頭用標(biāo)準(zhǔn)試塊

圖2-11CSK-1A試塊2023/1/16三試塊⑤測(cè)定直探頭與超聲探傷儀組合的盲區(qū)；⑥測(cè)定斜探頭的入射點(diǎn)；⑦測(cè)定斜面探頭的折射角或值；⑧用于粗調(diào)橫波時(shí)基線比例；⑨測(cè)定斜探頭在深度方向的分辨力

圖2-11CSK-1A試塊2023/1/16三試塊五、常用對(duì)比試塊：以特定方法檢測(cè)特定工件時(shí)采用的試塊，含有意義明確的人工反射體。它與被檢工件材料聲學(xué)特性相似，其外形尺寸應(yīng)能代表被檢工件的特征，試塊厚度應(yīng)與被檢工件的厚度相對(duì)應(yīng)。用途：檢測(cè)校準(zhǔn)以及評(píng)估缺陷的當(dāng)量尺寸2023/1/16三試塊1、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA橫波檢測(cè)時(shí)校驗(yàn)各種參數(shù)的參考試塊。1）用端角或小孔測(cè)試儀器的水平線、調(diào)整掃描速度、校正斜探頭的入射點(diǎn)和折射角；圖2-10CSK-ⅡA試塊2023/1/16三試塊圖2-14CSK-ⅢA試塊2）用不同深度的橫孔校驗(yàn)儀器的放大線性、探頭的聲速指向性；3）用于測(cè)繪距離-波幅曲線、調(diào)整探傷范圍和探傷靈敏度2023/1/16132三試塊2、半圓試塊主要用途（1）利用圓弧反射面可測(cè)定斜探頭入射點(diǎn)，方法與在ⅡW試塊上用R100圓弧測(cè)定時(shí)相同；（2）調(diào)節(jié)時(shí)間軸比例和校正零位。半圓試塊的最大特點(diǎn)是可以根據(jù)不同的探測(cè)條件、不同探頭折射角自行設(shè)計(jì)試塊半徑，使得實(shí)際需要的時(shí)間軸比例方式多樣、調(diào)節(jié)方便。圖2-15半圓試塊2023/1/16三試塊（3）利用試塊上距探測(cè)面一定深度的橫通孔，可調(diào)節(jié)探測(cè)靈敏度，即將Ф2橫通孔調(diào)到基準(zhǔn)高，再提高一定的增益量時(shí)，儀器和探頭所具有的靈敏度作為探測(cè)靈敏度。圖2-15半圓試塊2023/1/16三試塊半圓試塊常用對(duì)比試塊2023/1/16135三試塊3、RB試塊RB試塊是鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試塊。圖2-17RB-2試塊圖2-16RB-1試塊2023/1/16三試塊圖2-18RB-3試塊RB－1試塊主要用于厚度為8～25mm的鋼板焊縫檢測(cè)；RB－2試塊主要用于厚度為8～100mm的鋼板焊縫檢測(cè)；RB－3試塊主要用于厚度為8～150mm的鋼板焊縫檢測(cè)。2023/1/16三試塊鋼板對(duì)比試塊2023/1/16138三試塊管子試塊無切槽有切槽2023/1/16139三試塊焊接接頭用對(duì)比試塊圖2-14CSK-ⅢA試塊圖2-10CSK-ⅡA試塊2023/1/16三試塊CSK-ⅡA、CSK-ⅢA試塊的主要用途如下（1）用端角或小孔測(cè)試儀器的水平線性、調(diào)整掃描速度、校正斜探頭的入射點(diǎn)和折射角；（2）用不同深度的橫孔校驗(yàn)儀器的放大線性、探頭的聲束指向性；（3）用于測(cè)繪距離-波幅曲線、調(diào)整探傷范圍和探傷靈敏度2023/1/16三試塊小結(jié)試塊分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和對(duì)比試塊，它們的制作、使用、維護(hù)都有嚴(yán)格的要求。常用的標(biāo)準(zhǔn)試塊有IIW試塊、IIW2試塊、CS-I和CS-II試塊、CSK-IA試塊等。常用的對(duì)比試塊有半圓試塊、CSK-IIA、CSK-IIIA試塊、RB試塊等。課外作業(yè)：教材P85.三、8。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試導(dǎo)入：超聲檢測(cè)儀器、探頭和試塊構(gòu)成了整個(gè)超聲檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的性能如何將直接超聲檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。課時(shí)：2學(xué)時(shí)。授課方式：新授（有條件的可借助實(shí)驗(yàn)器材現(xiàn)場(chǎng)授課）。重點(diǎn)：水平線性、垂直線性、入射點(diǎn)、分辨力、K值、盲區(qū)。難點(diǎn)：聲束偏離和雙峰。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試1、儀器的性能及其測(cè)試2、探頭的性能及其測(cè)試3、儀器和探頭的綜合性能及其測(cè)試2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試一、儀器的性能及其測(cè)試

1、垂直線性的測(cè)試（1）：垂直線性定義：儀器的垂直線性是指儀器顯示屏上的波幅與探頭接收信號(hào)之間成正比的程度。（2）垂直線性的測(cè)試方法

1）調(diào)[抑制]至“0”，衰減器衰減余量不小于30dB。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試2）直探頭置于CKS-1A試塊上，對(duì)準(zhǔn)25mm底面，并用壓塊恒定壓力。3）調(diào)節(jié)儀器使試塊上某次底波位于顯示屏的中間，并達(dá)滿幅度100%，但不飽和，作為“0”Db。

4）固定[增益]和其他旋鈕，調(diào)[衰減器]，每次衰減2dB，并記下相應(yīng)的波高H，填入表中，直到底波消失。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試衰減量Λ024681012141618202224波高%理想波高%10079.463.150.139.831.625.119.915.812.6107.96.3偏差%5）計(jì)算垂直線性誤差。D=（︱d1︱+︱d2︱)%(d1-最大正偏差；d2-最大負(fù)偏差）2023/1/16147四儀器和探頭的性能及其測(cè)試2、水平線性的測(cè)試(1）水平線性的定義：儀器的水平線性是指儀器顯示屏上時(shí)基線顯示的水平刻度值與實(shí)際聲程之間成正比的程度，或者說是顯示屏上多次底波等距離的程度。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試（2）測(cè)試方法：1）將直探頭置于CKS-1A試塊（或其他試塊）上，對(duì)準(zhǔn)25mm厚的大平底面。2）調(diào)[微調(diào)]、[水平]或[脈沖移位]等旋鈕，使顯示屏上出現(xiàn)五次底波B1到B5。且使B1前沿對(duì)準(zhǔn)2.0，B5前沿對(duì)準(zhǔn)10.0。

3）記錄B2、B3、B4到與水平刻度值4.0、6.0、8.0的偏差值a2、a3、a4。4）計(jì)算水平線性誤差：δ=|amax|/0.8b2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：水平線性誤差：δ≤2%為合格儀器2023/1/16150四儀器和探頭的性能及其測(cè)試3、動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試（1）動(dòng)態(tài)范圍的定義：動(dòng)態(tài)范圍是指儀器顯示屏容納信號(hào)大小的能力。（2）測(cè)試方法將滿幅度100%某波高用[衰減器]衰減到剛能識(shí)別的最小值所需衰減的分貝值就是儀器的動(dòng)態(tài)范圍，這時(shí)的[抑制]到“0”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于合格系統(tǒng)，△dB≥26dB。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試4、衰減器精度的測(cè)試測(cè)試方法：（1）使Φ2平底孔的最大反射波高為適當(dāng)高度，記為H1。（2）使同聲程的Φ4平底孔最大反射波出現(xiàn)在顯示屏上，衰減12dB，記下此時(shí)高度為H2，則衰減器的誤差N可按下式計(jì)算：N（dB)=20lg(H1/H2)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，任意相鄰12dB誤差≤1dB。2023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試二、探頭的性能及其測(cè)試

1、斜探頭入射點(diǎn)斜探頭的入射點(diǎn)是指其主聲束軸線與檢測(cè)面的交點(diǎn)。前沿長(zhǎng)度：入射點(diǎn)到探頭前沿的距離稱為探頭的前沿長(zhǎng)度。測(cè)試方法：將斜探頭放在CSK-1A的試塊上，使R100圓柱曲反射波達(dá)最高時(shí)斜楔底面與試塊圓心的重合點(diǎn)就是該探頭的放射點(diǎn)。即l0=R-M。注：試塊上R應(yīng)大于鋼中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度N，因?yàn)榻鼒?chǎng)區(qū)軸線上的聲壓不一定最高，測(cè)試誤差大。2023/1/16153四儀器和探頭的性能及其測(cè)試

探頭的性能及其測(cè)試2、斜探頭K值和折射角βS（1）斜探頭的K值：指被檢測(cè)工件中橫波折射角βS的正切值。（2）測(cè)量方法測(cè)量時(shí),探頭對(duì)準(zhǔn)試塊上D位置時(shí),可測(cè)最高反射波,并測(cè)出探頭前沿至試塊端面的距離L,則有：

K=tanβS=(L+l0-35)/302023/1/16四儀器和探頭的性能及其測(cè)試3、探頭主聲束偏離與雙峰（1）探頭主聲束偏離：探頭實(shí)際主聲束與其理論幾何中心軸線的偏離程度。（2）雙峰：同一反射體產(chǎn)生兩個(gè)波峰的現(xiàn)象稱為雙