超聲波探傷課件 探傷儀 探頭 試塊

第二章儀器、探頭和試塊１、超聲波探傷儀２、超聲波探頭３、超聲波試塊1、超聲波探頭１、壓電效應(yīng)１）正壓電效應(yīng)晶體材料在外力拉壓作用下，產(chǎn)生交變電場(chǎng)的效應(yīng)稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。２）逆壓電效應(yīng)晶體材料在交變電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。ＡＢ－＋＋—a)石英晶體b)正壓電效應(yīng)c)逆壓電效應(yīng)2、壓電材料的主要性能參數(shù)1)壓電應(yīng)變常數(shù)壓電應(yīng)變常數(shù)表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。式中Ｕ——施加在壓電晶片兩面的應(yīng)力

Δt——晶片在厚度方向的變形量壓電應(yīng)變常數(shù)d33是衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度高低的重要參數(shù)。D33值越大，發(fā)射性能越好，發(fā)射靈敏度越高。2)壓電電壓常數(shù)壓電電壓常數(shù)表示作用在壓電晶體上單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度大小式中P——施加在壓電晶片兩面的應(yīng)力Ｕp——晶片表面產(chǎn)生的電壓梯度，即電壓Ｕ與晶片厚度t之比，Ｕp

＝Ｕ／ｔ壓電電壓常數(shù)g33是衡量壓電晶體材料接收靈敏度高低的重要參數(shù)。g33值越大，接收性能越好，接收靈敏度越高。2、壓電材料的主要性能參數(shù)3)介電常數(shù)介電常數(shù)表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。式中C——電容器電容

t——電容器極板距離

A——電容器極板面積介電常數(shù)越大電容器存貯的電量越大。越小電容器放電時(shí)間越快頻率越高。2、壓電材料的主要性能參數(shù)4)機(jī)電耦合系數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)Ｋ，表示壓電材料機(jī)械難（聲能）與電能之間的轉(zhuǎn)換效率當(dāng)晶片振動(dòng)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生厚度和徑向兩個(gè)方向的變形，因此機(jī)電耦合系數(shù)分為厚度方向Ｋt和徑向Ｋp。Ｋt越大探測(cè)靈敏度越高。Ｋp越大，低頻諧振波增多，發(fā)射脈沖變寬，導(dǎo)致分辨率下降，盲區(qū)增大。正壓電效應(yīng)負(fù)壓電效應(yīng)2、壓電材料的主要性能參數(shù)5)機(jī)械品質(zhì)因子壓電晶片在諧振時(shí)貯存的機(jī)械能Ｅ貯與在一個(gè)周期內(nèi)損耗的能量Ｅ損之比稱(chēng)為機(jī)械品質(zhì)因子。機(jī)械品質(zhì)因子值大，表示損耗小，晶片持續(xù)振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，脈沖寬度大，分辨力低。反之值小，表示損耗大，脈沖寬度小，分辨力高。2、壓電材料的主要性能參數(shù)6)頻率常數(shù)壓電晶片的厚度與因有頻率的乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫作頻率常數(shù)式中cL——晶片中縱波聲速

t——晶片厚度

f0——晶片固有頻率晶片材料一定，頻率越高，厚度越小2、壓電材料的主要性能參數(shù)7)居里溫度壓電材料與磁性材料一樣，其壓電效應(yīng)與溫度有關(guān)，它只能在一定的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生，超過(guò)一定的溫度壓電效應(yīng)就會(huì)消失。使壓電材料的壓電效應(yīng)消失的溫度稱(chēng)為壓電材料的居里溫度，用Ｔc表示。結(jié)論：超聲波探頭對(duì)晶片的要求（1）機(jī)電耦合系數(shù)Ｋ較大，以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率（2）機(jī)械品質(zhì)因子較小，以便獲得較高的分辨率和較小的盲區(qū)（3）壓電應(yīng)變常數(shù)和壓電電壓常數(shù)較大，以便獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度（4）頻率常數(shù)Ｎ較大，介電常數(shù)較小，以便獲得較高的頻率（5）居里溫度Ｔ較高，聲阻抗Ｚ適當(dāng)2、壓電材料的主要性能參數(shù)3、探頭的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)1)直探頭（縱波探頭）接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片保護(hù)膜直探頭用于發(fā)射和接收縱波故又稱(chēng)縱波探頭。主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷。如板材鍛件探傷等。3、探頭的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)2)斜探頭接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片斜楔斜探頭可分為縱波斜探頭（aL<a1）,橫波斜探頭（aL=a1~aII）和表面波探頭(aL≧aII)橫波斜探頭是利用橫波探傷，主要是用于檢測(cè)與探測(cè)面垂直或成一定角度的缺陷，如焊接汽輪機(jī)葉輪等。表面波探頭當(dāng)入射角大于第二臨界角在工件中產(chǎn)生表面波，主要檢測(cè)工件表面缺陷吸聲材料3、探頭的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)3)雙晶探頭（分割探頭）接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片延時(shí)塊隔聲層探傷區(qū)雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射聲波，一塊用于接收聲波。根據(jù)入射角不同分為縱波雙晶探頭和橫波雙晶探頭。優(yōu)點(diǎn)：（1）靈敏度高（2）雜波少盲區(qū)?。?）工件中近場(chǎng)區(qū)?。?）探測(cè)范圍可調(diào)雙晶探頭主要用于檢測(cè)近表面缺陷。根椐工件因選擇合適的工作頻率、晶片尺寸和探測(cè)深度。3、探頭的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)3)聚焦探頭探傷區(qū)接口外殼電纜線阻尼塊壓電晶片斜楔吸聲材料聲透鏡聚焦區(qū)聚焦探頭分為點(diǎn)聚焦和線聚焦。點(diǎn)聚焦理想焦點(diǎn)為一點(diǎn)，其聲透鏡為球面；線聚焦理想焦點(diǎn)為一條線，其聲透鏡為柱面。3、探頭的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)４)可變角探頭可變角探頭入射角可變，轉(zhuǎn)動(dòng)壓電晶片可使入射角連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)縱波、橫波、表面波和板波探傷。角度標(biāo)尺接口外殼壓電晶片旋轉(zhuǎn)桿耦合劑保護(hù)膜4、探頭型號(hào)和規(guī)格1)探頭的標(biāo)識(shí)探頭的型號(hào)標(biāo)識(shí)由以下幾部分組成：

基本頻率晶片材料晶片尺寸探頭種類(lèi)特征基本頻率：探頭的發(fā)射頻率，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為ＭＨｚ晶片材料：用化學(xué)元素縮寫(xiě)符號(hào)表示晶片尺寸：壓電晶片的大小，圓形晶片用直徑表示，矩形用長(zhǎng)乘寬表示，單位mm探頭種類(lèi)：漢語(yǔ)拼音縮寫(xiě)字母代表示探頭特征：漢語(yǔ)拼音縮寫(xiě)字母代表示２)舉例2.5

P

13X13

K

25

B

14

ZK值為２K值斜探頭矩形晶片13X13mm鋯鈦酸鉛陶瓷頻率2.5MHz2.5

P

13X13

K

2直探頭圓形晶片直徑為14mm鈦酸鋇陶瓷頻率5MHz試塊的用途1.確定檢測(cè)靈敏度超聲波檢測(cè)靈敏度是一個(gè)重要參數(shù)，因此在超聲波檢測(cè)前，常用試塊上某一特定的人工反射體來(lái)調(diào)整檢測(cè)和校驗(yàn)靈敏度。2.測(cè)試儀器和探頭的性能超聲波探傷儀和探頭的一些重要性能，如垂直線性、水平線性、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力、盲區(qū)、探頭的入射點(diǎn)、K值等都是利用試塊來(lái)測(cè)試的。3.調(diào)整掃描速度利用試塊可以調(diào)整儀器示波屏上刻度值與實(shí)際聲程之間的比例關(guān)系，即掃描速度，以便對(duì)缺陷進(jìn)行定位。4.評(píng)判缺陷的大小利用某些試塊繪出的距離――波幅――當(dāng)量曲線（即實(shí)用AVG曲線）來(lái)對(duì)缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特別是3N以?xún)?nèi)的缺陷，采用試塊比較法仍然是最有效的定量方法。此外，還可利用試塊來(lái)測(cè)量材料的聲速、衰減性能等。試塊的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)1)IIW試塊TR2RIIW試塊是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)試塊，該試塊是荷蘭代表首先提出來(lái)的，故又稱(chēng)荷蘭試塊，因形狀似船形又稱(chēng)船形試塊。2)IIW2試塊(牛角試塊)T25100T255075100中心不開(kāi)槽中心開(kāi)槽IIW2試塊也是國(guó)際焊接學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)試塊，由于外形像牛角，故俗稱(chēng)牛角試塊。與IIW試塊相比IIW2試塊體積小重量輕，形狀簡(jiǎn)單，易加工，便攜帶，但功能較IIW試塊要少。3)半圓試塊R3RT半圓試塊是一種便于攜帶的調(diào)校型試塊，材質(zhì)與IIW試塊相同，分中心開(kāi)切口槽與不開(kāi)槽兩種。4)CSK-IA試塊R50R100TCSK-IA試塊是國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)試塊，功能與IIW試塊相同。增加了R50的反射面。5)CS-1、CS-2試塊6)CSK-IIIA試塊(參考試塊)超聲波探傷儀一、超聲波探傷儀的概述１、超聲波探傷儀的作用超聲波探傷儀是超聲波探作的主體設(shè)備，它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器（探頭）上，激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)一定的方式顯示出來(lái)，從而得到被探工件內(nèi)部有無(wú)缺陷及缺陷位置大小等信息。二、超聲波探傷儀的分類(lèi)１、按波形特征分類(lèi)i脈沖波超聲波探傷儀通過(guò)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。Ｔ－重復(fù)周期f0=1/t0－標(biāo)稱(chēng)頻率Ａ－振幅強(qiáng)度１、按波形特征分類(lèi)ii連續(xù)波超聲波探傷儀這類(lèi)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(guò)工件的超聲波變化判斷工件中有無(wú)缺陷及缺陷大小，這類(lèi)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。二、超聲波探傷儀的分類(lèi)１、按波形特征分類(lèi)iii調(diào)頻波超聲波探傷儀這類(lèi)儀器通過(guò)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(wú)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。二、超聲波探傷儀的分類(lèi)2、按缺陷顯示方式分類(lèi)iA型顯示超聲探傷儀是目前脈沖反射式超聲波探傷儀最基本的一種顯示方式，在熒光屏上以縱座標(biāo)代表反射波的幅度，以橫座標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間，從缺陷波的幅度和位置來(lái)確定缺陷的大小和存在的位置。二、超聲波探傷儀的分類(lèi)2、按缺陷顯示方式分類(lèi)iiB型顯示超聲探傷儀以屏幕面代表被檢測(cè)對(duì)旬由探頭移動(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。二、超聲波探傷儀的分類(lèi)2、按缺陷顯示方式分類(lèi)iiiC型顯示超聲探傷儀是一種圖像顯示方式，以屏幕代表被檢測(cè)對(duì)象的投影面，這種顯示方式能給出缺陷的水平投影位置，但不能給出深度。二、超聲波探傷儀的分類(lèi)二、超聲波探傷儀的分類(lèi)3、按聲波通道分類(lèi)①單通道探傷儀：這