第三章儀器、探頭和試塊-

PAGEPAGE24第三章

儀器、探頭和試塊

Byadan超聲波探傷儀、探頭和試塊是超聲波探傷的重要設備。了解這些設備的原理、構(gòu)造和作用及其主要性能的測試方法是正確選擇探傷設備進行有效探傷的確保。第一節(jié)

超聲波探傷儀一、超聲波探傷儀概述超聲波探傷儀是超聲波探傷的主體設備，它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于換能器(探頭)上，激勵探頭發(fā)射超聲波，同時將探頭送回的電信號進行擴展，通過一定方式顯示出來，從而得到被探工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置和大小等信息。超聲儀器分為超聲檢測儀器和超聲處理(或加工)儀器，超聲波探傷儀屬于超聲檢測儀囂。超聲波探傷技術在現(xiàn)代工業(yè)中的應用日益廣泛，由于探測對象、探測目的、探測場合、探測速度等方面的要求不同，因而有各種不同制定的超聲波探傷儀，常見的有以下幾種。

(1)按超聲波的連續(xù)性分類

①脈沖波探傷儀：這種儀器通過探頭向工件周期性地發(fā)射不連續(xù)且頻率不變的超聲波，依據(jù)超聲波的傳播時間及幅度推斷工件中缺陷位置和大小，這是目前使用最廣泛的探傷儀。

②連續(xù)波探傷儀：這種儀器通過探頭向工件中發(fā)射連續(xù)且頻率不變(或在小范圍內(nèi)周期性變化)的超聲波，依據(jù)透過工件的超聲波強度變化推斷工件中有無缺陷及缺陷大小。這種儀器靈敏度低，且不能確定缺陷位置，因而已大多被脈沖波探傷儀所代替，但在超聲顯像及超聲共振測厚等方面仍有應用。

③調(diào)頻波探傷儀：這種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，依據(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化狀況推斷工件中有無缺陷。以往的調(diào)頻式路探傷儀便采納這種原理。但由于只適宜檢查與探測面平行的缺陷，所以這種儀器也大多被脈沖波探傷儀所代替。

(2)按缺陷顯示方式分類

①A型顯示探傷儀：A型顯示是一種波形顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標代表聲波的傳播時間(或距離)，縱坐標代表反射波的幅度。由反射波的位置可以確定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。

②B型顯示探傷儀：B型顯示是一種圖象顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標是靠機械掃描來代表探頭的掃查軌跡，繳坐標是靠電子掃描來代表聲波的傳播時間(或距離)，因而可只管地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度。

③C型顯示探傷儀：C塑顯示也是一種圖象顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標和縱坐標都是靠機械掃描來代表探頭在工件表面的位置。探頭接收信號幅度以光點輝度表示，因而，當探頭在工件表面移動時，熒光屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖象，但不能顯示缺陷的深度。A型、B型、C型三種顯示分別如圖3.1所示。(3)按超聲波的通道分類①單通道探傷儀：這種儀器由一個或一對探頭單獨工作，是目前超聲波探傷中應用最廠泛的儀器。②多通道探傷儀；這種儀器由多個或多對探頭交替工作，每一通道相當于一臺單通道探傷儀，適用于自動化探傷。目前，探傷中廣泛使用的超聲波探傷儀，如CTS--22、CTS--26等都是A型顯示脈沖反射式探傷儀。二、A型脈沖反射式超聲波探傷儀的一般工作原理方框電路圖是把儀器每一部分用一方框來表示，各方框之間用線條連起來，表示各部分之間的關系。方框圖只能說明儀器的大致結(jié)構(gòu)和工作原理，看不出電路的具體連接方法，也看不出元件的具體位置。A型脈沖反射式超聲波探傷儀相當一種專用示波器、無論型號、外形、體積和功能各不相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和原理都是大問小異的。概括地講，各種探傷儀都由以下幾個主要部分組成：同步電路、掃描電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和電源電路等。電路方框圖如圖3.2所示。(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)干個脈沖，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，同步電路是整個探傷儀的“中樞〞，同步電路出了故障，整個探傷儀便無法工作。(2)掃描電路：掃描電路又稱時基電路，用來產(chǎn)生鋸齒波電壓，加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使示波管熒光屏上的光點沿水平方向作等速移動，產(chǎn)生一條水平掃描時基線。探傷儀面板上的深度粗調(diào)、微調(diào)、掃描延遲旋鈕都是掃描電路的控制旋鈕。探傷時，應依據(jù)被探工件的探測深度范圍選擇適當?shù)纳疃葯n級．并配合微調(diào)旋鈕調(diào)整，使刻度板水平軸上每一格代表一定的距離。掃描電路的方框圖及其波形見圖3.3。(3)發(fā)射電路：發(fā)射電路利用閘流管或可控硅的開關特性，產(chǎn)生幾百伏至上千伏的電脈沖。電脈沖加于發(fā)射探頭，激勵壓電晶片振動，使之發(fā)射超聲波，可控硅發(fā)射電路的典型電路如圖3.4所示。發(fā)射電路中的電阻Ro稱為阻尼電阻，用發(fā)射強度旋鈕可改變Ro的阻值。阻值大發(fā)射強度高，阻值小發(fā)射強度低，因Ro與探頭并聯(lián)，改變Ro同時也改變了探頭電阻尼大小，即影響探頭的分辨力。(4)接收電路：接收電路由衰減器、射頻擴展器、檢波器和視頻擴展器等組成。它將來自探頭的電信號進行擴展、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，所以接收電路必需具有約105的擴展能力。接收電路的性能對探傷儀性能影響極大，它直接影響到探傷儀的垂直線性、動態(tài)范圍傷靈敏度、分辨力等重要技術指標。接收電路的方框圖及其波形如圖3.5所示。由大小不等的缺陷所產(chǎn)生的回波信號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擴展器內(nèi)得到正常的擴展，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擴展器信號的電平。一般把擴展器的電壓擴展倍數(shù)用分貝來表示：

(3.1)式中Kv為電壓擴展倍數(shù)的分貝值，U出為擴展器的輸出電壓，Uλ為擴展器的輸入電壓。一般探傷儀的電壓擴展倍數(shù)可達104～105倍，相當于80～00dB。

探傷儀面板上的增益、衰減器、抑制等旋鈕是擴展電路的控制旋鈕。增益旋鈕用來改變擴展器的增益，增益數(shù)值大，探傷靈敏度高。衰減器旋鈕用來改變衰減器的衰減量。一般說來，衰減讀數(shù)大，靈敏度低。但是，有的探傷儀為了使用時讀數(shù)方便統(tǒng)一起見，衰減器讀數(shù)按增益方式標出，在這種狀況下，衰減讀數(shù)大，靈敏度高。抑制旋鈕的作用是抑制草狀雜波。但應注意，使用抑制時，儀器的垂直線性和動態(tài)范圍均會下降。

(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，其基本結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。

電子槍發(fā)射的聚束電子以很高的速度轟擊熒光屏時，使熒光物質(zhì)發(fā)光，在熒光屏上形成亮點。掃描電路的掃描電壓稀接收電路的信號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)，因而亮點就在熒光屏上移多動，描出探傷圖形。由于掃描速度非?？欤庋劭瓷先ゾ秃孟笫庆o止的圖象。

(6)電源：電源的作用是給探傷儀各部分電路提供適當?shù)碾娔?，使整機電路工作。標準探傷儀一般用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。攜帶式探傷儀多用蓄電池供電，用充電池供電給蓄電池充電。除上述基本組成部分之外，探傷儀還有各種輔助電路，如延遲電路、標距電路、閘門電路、深度補償電路等，這些輔助電路的作用在此不一一贅述。

A型脈沖反射式怒聲波探傷儀的工作過程可參照圖3.2，簡要說明如下。

同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時加至掃描電路和發(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，發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻窄脈沖，加至探頭，激勵壓電晶片振動，在工件中產(chǎn)生超聲波。超聲波在工件中傳描，遇缺陷或底面發(fā)生反射，返回探頭時，又被壓電晶片轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)接收電路救大和檢波，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應位置上產(chǎn)生缺陷波和底波。依據(jù)缺陷波的位置可以確定缺陷的埋藏深度，依據(jù)缺陷波的幅度可以估算缺陷當量的大小。

三、儀器主要開關旋鈕的作用及其調(diào)整探傷儀面板上有許多開關和旋鈕，用于調(diào)節(jié)探傷儀的功能和工作狀態(tài)。圖3.7是CTS—22型探傷儀的面板示意圖，下面以這種儀器為例，說明各主要開關的作用及其調(diào)整方法。

工作方式選擇旋鈕的作用是選擇探測方式。即“雙探〞或“單探〞方式。當開關置于位置時，為雙探頭一發(fā)一收工作狀態(tài)，可用一個雙晶探頭或兩個單探頭探傷，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。當開關置于位置或時，為單探頭發(fā)收工作狀態(tài)，可用一個單探頭探傷，此時發(fā)射插座和接收插座從內(nèi)部連通，探頭可插入任一插座。探傷儀“單探〞方式有兩個位置，“乎〞位置為中等發(fā)射強度檔，旋鈕置于該位置時，發(fā)射強度不可變，儀器具有較高的靈敏度和分辨力?！芭定曃恢玫陌l(fā)射強度是可變的，旋鈕置于該位置時，可用發(fā)射強度旋鏹調(diào)節(jié)儀器發(fā)射強度，同時改變儀器的靈敏度和分辨力。發(fā)射強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)射強度。增大發(fā)射強度時，可提升儀器靈敏度，但脈沖變寬，分辨力變差。因此，在探傷靈敏度能滿足要求的況下，發(fā)射強度旋鈕應盡量放在較低的位置。衰減器的作用是調(diào)節(jié)探傷靈敏度和測量回波振幅。調(diào)節(jié)靈敏發(fā)時，衰減讀數(shù)大，靈敏度低；衰減讀數(shù)小，靈敏度高。測量回波振幅時，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)和細調(diào)兩種，粗凋每檔lOdB或20dB，細調(diào)每擋2dB或1dB，總衰減量80dB左右。增益旋鈕也稱增益細調(diào)旋鈕，其作用是改變接收擴展器的擴展倍數(shù)，進而連續(xù)改變探傷儀的靈敏度。使用時將反射波高度準確地調(diào)節(jié)列某一指定高度，儀器靈敏度確定以后，探傷過程中一般不再調(diào)整增益旋鈕。抑制的作用是抑制熒光屏上幅度較低或認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楚。值得注意的是使用抑制時，儀器垂直線性和動態(tài)范圍將被改變。抑制作用越大，儀器動態(tài)范圍越小，從而在實際探傷中有容易漏掉小缺陷的危險。因此，除非十分必要時，一般不使用抑制。深度范圍旋鈕也稱深度粗調(diào)旋鈕，其作用是粗調(diào)熒光屏掃描線所代表的探測范圍。調(diào)節(jié)深度范圍旋鈕，可較大幅度地改變時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展。粗調(diào)旋鈕一般都分為假設干檔級，探傷時應視被探工件厚度選擇合適的檔級。厚度大的工件，選擇數(shù)值較大的檔級；厚度小的工件，選擇數(shù)值較小的擋級。深度細調(diào)旋鈕的作用是準確調(diào)整探測范圍。調(diào)節(jié)細調(diào)旋鈕?？蛇B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。凋整探測范圍時，先將深度粗調(diào)旋鈕置于合適的檔級。然后調(diào)節(jié)細調(diào)旋鈕，使反射波的間距與反射體的距離成一定比例。延遲旋鈕(或稱脈沖移位旋鈕)用于調(diào)節(jié)開始發(fā)射脈沖隨時與開始掃描時到之間的時間差。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，而不改變回波之間的距離。調(diào)節(jié)探測范圍時，用延遲旋鈕可進行零位矯正，即用深度粗調(diào)和細調(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，使聲程原點與水平刻度的零點重合。水浸探傷中，用延遲旋鈕可將不需要觀察的圖形(水中部分)調(diào)到熒光屏外，以充分利用熒光屏的有效觀察范圍。聚焦旋鈕的作用是調(diào)節(jié)電子束的聚焦程度，使熒光屏波形清楚。除聚焦旋鈕外，許多儀囂還有輔助聚焦旋鈕。當調(diào)節(jié)聚焦旋鈕不能使波形滑晰時，可配合調(diào)節(jié)“聚焦〞與“輔助聚焦〞，隨波形最清楚為止。寬頻帶探傷儀的擴展器頻率范圍寬，復蓋了整個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，用以使發(fā)射電路與所用探頭相匹配，并用以改變擴展器的通帶，使用時開關指示的頻率范圍應與所選用探頭相一致。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一段距離，但不改變回波間距。調(diào)節(jié)探測范圍時，用深度粗調(diào)和細調(diào)旋鈕調(diào)好回波間距，用水平旋鈕進行零位矯正。重復頻率旋鈕的作用是調(diào)節(jié)脈沖重復頻率，即改變發(fā)射電路每秒鐘發(fā)射脈沖的次數(shù)。重復頻率低時，熒光屏圖形較暗，儀器靈敏度有所提升；重復頻率高時．熒光屏圖形較亮，這對露天探傷觀察波形是有利的。應該指出，重復頻率要視被探工件厚度進行調(diào)節(jié)，厚度大。應使用較低的重復頻率；厚度小，可使用較高的重復頻率。但重復頻率過高時，易出現(xiàn)幻像波。有些探傷儀的重復頻率開關與深度范露旋鈕聯(lián)動，調(diào)節(jié)深度范圍旋鈕時，重復頻率隨之調(diào)節(jié)到合適于所探厚度的數(shù)值。，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。14.輝度旋鈕輝度旋鈕用于調(diào)節(jié)波形的亮度。當波形亮度過高或過低時，可調(diào)節(jié)輝度旋鏹，使亮度適中。但要兼顧聚焦性能。一般輝露調(diào)正后應重新調(diào)節(jié)聚焦相輔助聚焦等旋鈕。有些探傷儀設有深度補償開關或“距離振幅矯正〞(DAC)旋鈕，它們的作用是改變擴展器的性能，使位于不藏深度的相同尺寸缺陷的回波高度差異減小。顯示選擇開關用于選擇“檢波〞或“不檢波〞顯示。開關置于“檢波〞位置時，熒光屏顯示為檢波信號顯示(或稱視頻顯示)；開關置于“不檢波〞位置，熒光屏顯示為不檢波信號顯示(或稱射頻顯示)。攜帶式探傷儀大多不具備這種開關。

四、儀器的維護超聲波探傷儀是一種比較精密的電子儀器。人們總是希望所使用的儀器技術性能好，可靠性也要好。所謂可靠性是指在一定的時間內(nèi)和一定的使用條件下，儀器準確完成所規(guī)定職能的能力。使用、維護、修理三者是統(tǒng)一的，“修理〞是恢復儀器性能的手段，但這是消極的，人們切不可以忽視“維護〞這一堅持儀器可靠性的積極辦法，使用或維護不當，都可能使儀器發(fā)生故障。探傷人員在日常使用儀器時必需強化維護，才干避免或減少故障的發(fā)生。使儀器常常處于優(yōu)良的工作狀態(tài)。儀器的維護應注意以下幾點：1.使用儀器前，應仔細閱讀儀器使用說明書，了解儀器的性能特點．熟悉儀器各控制開關和旋鈕的位置、操作方法和注意事項，嚴格按說明書要求操作。2.搬動儀器時應防止激烈振動，現(xiàn)場探傷尤其高空作業(yè)時，應采用可靠保護措施，防止儀器摔碰。3.盡量避免在靠近強磁場、灰塵多、電源波動大、有激烈振動及溫度過高或過低的場合使用儀器。4.儀器工作時應防止雨、雪、水、機油等進入儀器內(nèi)部，以免損壞線路和元件。(5)連接交流電源時，應仔細核對儀器額定電源電壓和市電電壓，防止錯接電源，燒毀元件。使用蓄電池供電的儀器，應嚴格按說明書進行充電操作。放電后的蓄電池應及時充電，存放較久的蓄電池也應定期充電，否則會影響蓄電池容量甚至無法重新充電。(6)轉(zhuǎn)動旋鈕時不宜用力過猛，尤其是旋鈕在極端位置時更應注意，否則會使旋鈕錯位甚至損壞。7.拔接電源插頭或探頭插頭時，應用手抓住插頭殼體操作，不要抓住電纜線拔插。探頭線和電源線應理順，不要彎折扭曲。8.儀器每次用完后，應及時擦去表面灰塵、油污，放置在干燥地方。9.在氣候潮濕地區(qū)或潮濕季節(jié)，儀器長期不用，每日要接通電源開機一次，開機時間約半小時，以驅(qū)除潮氣，防止儀器內(nèi)部短路或擊穿。同時，也給電解電容充了電，以防變質(zhì)。lO.儀器出現(xiàn)故障，應馬上關閉電源，請修理人員檢查修理。千萬不可隨意亂動，以防故障擴展和發(fā)生事故。五、數(shù)字智能探傷儀隨著科學技術的進步和計算機技術的廣泛應用，超聲波探傷儀的技術性能不斷提升，功能不斷增加，自動化程度愈來愈高，技術先進的數(shù)字化智能化的儀器不斷涌現(xiàn)。這種儀器以高精度的運算、控制和邏輯推斷功能來替代大量人的體力和腦力勞作，減少了人為因素造成的誤差，提升了檢測的可靠性，較好地解決了記錄存檔問題，具有優(yōu)良的發(fā)展前景。

數(shù)字智能化探傷儀與傳統(tǒng)探傷儀比較具有以下特點。(1)檢測速度快：數(shù)字智能化探傷儀一般都可自動檢測、計算、記錄，有些儀器還能自動進行深度補償和自動設置檢測靈敏度，因此檢測速度快，效率高。(2)檢測精度高：數(shù)字智能化儀器能對模擬信號進行高速數(shù)據(jù)采集、量化、計算和判別，其檢測精度可高于傳統(tǒng)儀器檢測結(jié)果。(3)可靠性高、穩(wěn)定性好：數(shù)字智能化儀器可全面客觀地采集存儲數(shù)據(jù)，并對采集到的數(shù)據(jù)進行實時處理或后處理，對信號進行時域、頻域或圖象分析，還可通過模式識別對工件質(zhì)量進行分級，減少了人為因素的影響，提升了檢測的可靠性和穩(wěn)定性。(4)記錄與存檔：數(shù)字智能化儀器的計算機系統(tǒng)可存儲和記錄檢測原始信號和檢測結(jié)果，對工件質(zhì)量進行自動綜合評價。對在役設備定期檢測結(jié)果進行分析處理，為材料評價和壽命予測提供依據(jù)。(5)可編程性：數(shù)字智能化儀器的性能和功能的實現(xiàn)很大程度上取決于軟件系統(tǒng)的支持。因此可方便地通過變更或擴充軟件程序來改變或增加儀器的功能。70年代微型計算機問世和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使計算機技術開始進入超聲波探傷領域，但那時只是利用傳統(tǒng)探傷儀通過某種接口與微型計算機聯(lián)機完成某種特定工件的自動探傷或?qū)Σㄐ芜M行一些信號處理。到了80年代，人們開始研究超聲回波信號的數(shù)字化及有關數(shù)據(jù)處理。后來在傳統(tǒng)模擬式儀器的基礎上，利用數(shù)字儀器的特點，增加了對超聲波探傷來說極為重要的波形記錄、存儲和分析等功能，可對動態(tài)波形進行全程記錄，并通過具有手動B掃描功能示意性地顯示工件斷面圖象。關于人機聯(lián)系方式，主要有菜單式和功能鍵方式。菜單式不受儀器按鍵限制，對話功能較強，但操作較繁瑣，不易為探傷人員接受。功能鍵方式操作直接、快捷，易為探傷人員接受。關于波形顯示方式有全數(shù)字式和數(shù)字模擬混合方式。前者顯示數(shù)字波形，通常可供標準視頻輸出，便于記錄動態(tài)波形。后者通過示波管顯示模擬波形?？蛇M行數(shù)字調(diào)節(jié)與處理，兼有模擬與數(shù)字儀器的特點，但不能利用錄像設備記錄動態(tài)波形。進入90年代，研制出便攜式全數(shù)字儀器，兼有上述各類型儀器的功能，在技術水平上逐步接近國際先進水平，并開發(fā)出不少具有自己特色的功能和應用軟件。如功能鍵操作屏幕中文提示，圓柱面工件探傷曲面自動矯正，顯示焊縫探傷剖面示意圖，大容量波形數(shù)據(jù)存儲器及數(shù)據(jù)庫管理軟件，B掃描、C掃描和偽3D顯示圖像等。其中有的已投入批量生產(chǎn)，并在施行中得到應用。如汕頭超聲電子集團公司最近推出的新產(chǎn)品CTS--8002智能超聲波探傷儀和CTS--8010便攜式彩色顯象超聲波探傷儀就是其中的代表。

CTS--8002是將探傷儀與微機一體化的新一代數(shù)字化探傷儀，其功能齊全，能在屏幕上用數(shù)字顯示探傷靈敏度及缺陷回波幅度和位置，能自動重復校準探傷靈敏度，可儲存lO套不同的探傷參數(shù)，并可將探傷條件顯示于屏幕上供儲存及打印。除了A型儀功能外，還具有簡單B掃描功能，總衰減量達110dB。

CTS--8010是我國工業(yè)探傷用超聲波圖象化的最新儀器，除了A型儀的功能外，還能在同一屏幕上顯示出缺陷的B、C掃描圖象。外設彩色顯示器，能實時顯示缺陷輪廓，缺陷深度可用16種顏色或相應的灰階直觀地顯示。具有智能化儀器所特有的一系列功能c操作簡單，重量輕，攜帶方便，對缺陷定量定性評價有重要意義。

隨著電子技術和軟件技術的進一步發(fā)展，數(shù)字智能化超聲探傷儀有著廣闊的發(fā)展前景。相信不久的將來，更加先進的新一代數(shù)字智能化超聲探傷將逐步取代傳統(tǒng)的模擬探傷儀，以圖象顯示為主的探傷儀將會在工業(yè)檢驗中得到廣泛應用。

(1)成像技術的應用；目前某些數(shù)字式智能化儀器已具有簡單手動B掃描明能，能示意性地顯示被檢工件的斷面圖象。隨著技術的進步，將會有有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現(xiàn)相控陣的B掃描和C掃描成象，使探傷結(jié)果像醫(yī)用B超一樣直觀可見。

(2)缺陷定性：超聲探傷缺陷定性歷來是一個疑難問題，至今仍主要依賴于探傷人員的經(jīng)驗和分析推斷，準確性差?，F(xiàn)代人工智能學科的發(fā)展為實現(xiàn)儀器自動缺陷定性提供了可能運用模式識別技術和專家系統(tǒng)，把大量已知缺陷的各種特征量輸入樣本庫，使儀器接受人的經(jīng)驗，并經(jīng)過學習后而具備自動缺陷定性的能力。第二節(jié)

超聲波測厚儀測厚的方法很多，除了常規(guī)的機械方法(卡尺、千分尺等)外，還有其它一些方法，如超聲波測厚、射線測厚、磁性測厚、電流法測厚等。這些方法中，目前應用最廣的是超聲波測厚。因為超聲波測厚儀體積小，重量輕，速度快，精度高，攜帶使用方便。

超聲波測厚儀分為共振式、脈沖反射式和蘭姆波式三種。下面分別予以簡介。

一、共振式測厚儀如圖3.8所示，超聲波(連續(xù)波)垂直入射到平板工件底面，全反射。當工件厚度為的整數(shù)倍時，反射波與入射波互相迭加，形成駐波，產(chǎn)生共振。這時工件厚度與波速、頻率的系為

(3.2)式中

δ——-工件厚度；-

λ一一工件中波長；

C——工件中波速；

fo——工件中共振頻率；

fn、fn-1——工件中相鄰兩共振頻率。測厚時，調(diào)節(jié)原理圖中的調(diào)諧電容C，改變振蕩頻率。由頻率振蕩器輸出的交變電信號加到超聲波探頭上，產(chǎn)生超聲波在工件中傳播。當超聲波在工件中產(chǎn)生共振時。探頭負載阻抗減小，通過電流表A的板極電流達極大值，這時的頻率為共振頻率。再次調(diào)節(jié)電容C。改變頻率，測出相鄰的另一共振頻率，進而利用(3.2)式求出工件厚度。共振式測厚儀可測厚度下限小，最小可達0.1mm；測試精度較高，可達O.1%。但使用不大方便t不能直讀，須用公式計算工件厚度。另外要求被測工件上下表面平整光潔。二、脈沖反射式測厚儀脈沖反射式測厚儀是通過測量超聲波在工件上下底面之間往返一次傳播的時間來求得工件的厚度，其計算公式如下。

(3.3)式中

c一一工件中的波速；

t——超聲波在工件中往返一次傳箍的時間。脈沖反射式測厚儀原理方框圖如圖3.9所示。發(fā)射電路發(fā)出脈沖很窄的周期性電脈沖，通過電纜加到探頭上，激勵探頭中壓電晶片產(chǎn)生超聲波。該超聲波在工件上下底面產(chǎn)生多次反射。反射波被探頭接收，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦?jīng)擴展器擴展后輸入計算電路，由計算電路測出超聲波在工件上下底面往返依次傳播的時間，最后再換算成工件厚度顯示出來。

測量往返時間t有以下兩種方法。

(1)測量發(fā)射脈沖T與第一次底波B1之間的時間，這種方法發(fā)射脈沖寬度大，盲區(qū)大，一般測量學度下限受到限制，約l～l.5mm。但這種方法的儀器原理簡單，成本低廉。(2)測量第一次底波B1與第二次底波B2之間的時間或任意兩次相鄰底波之間的時間。這種方法底波脈沖寬度窄，盲區(qū)小，測量下限值小，最小可達0.25m。但這種方法儀器線路復雜，成本較高。脈沖反射式測厚儀發(fā)展非?？?，近年來由于采納集成電路，因此其體積重量大大減小，精度也顯然提升，達±0.01mm。是目前應用最廣的一種超聲波測厚儀。在鍋爐壓力容器、造船等系統(tǒng)得到廣泛應用。

三、蘭姆波測厚儀

蘭姆波是超聲波在薄板中傳播的一種波。當超聲波頻率、入射角與工件厚度成一定關系對，便在薄板工件中產(chǎn)生蘭姆波。改變探頭入射角或頓率。使得出現(xiàn)蘭姆波，然后依據(jù)探頭的入射角或頻率采測定工件的厚度。

蘭姆波測厚儀適用于薄扳測厚，特別適用于小直經(jīng)薄壁管測厚，如φ13×0.2的管子等。但由于蘭姆波有技術問題尚未完全解決。因此蘭姆波測厚儀應用較少。

四、測厚儀的調(diào)整與使用

測厚儀有多種，各種測儀的調(diào)整與使用不完全相同。一般在使用前，要認真閱讀說明書，按說明書要求使用。這里以反射式測厚儀為例簡要說明之。

用測厚儀測厚前，要先校準儀器的下限和線性。

儀器的測量下限要用一塊厚度為下限的試塊來校準。例如下限為1mm的儀器要有一塊1mm厚的試塊。調(diào)整時將探頭對準該試塊底面。使儀器顯示厚度為lmm即可。

儀器的線性要用厚度不同的試塊來矯正。調(diào)整時將探頭分別對準厚度不同的試塊底面，使儀器顯示相應的試塊厚度。

2.測厚方法

首先要依據(jù)工件厚度狀況和精度要求來選擇探頭。工件較薄時宜選用雙晶探頭或帶延遲塊探頭，工件較厚時宜選用單晶探頭。

測厚與探傷一樣，要求工件表面光潔平整。達不到要求時，要速行打磨。測試時要施加一定的耦合劑。常用的耦合劑有甘油、機油、水玻璃等。當使用代玻璃時，用后要及時用濕布擦去探頭表面的水玻璃，以免干結(jié)，不便清除，有時還會損壞探頭。

測厚時，探頭放置要平穩(wěn)、壓力適當。每個測試位置塔量在互相垂直的方同各測試一次。關于高溫工件，要用高溫探頭和持殊耦合劑。關于管道中的沉積物，當沉移物聲阻抗與工件相差不大時，要先用小錘敲擊幾下管壁后再測，以免誤判。第三節(jié)

超聲波探頭在超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實現(xiàn)的。下面介紹探頭的工作原理、主要性能及其結(jié)構(gòu)。

一、壓電效應某些晶體等材料在交變拉壓應力作用下，產(chǎn)生交變電場的效應稱為正壓電效應。反之，當晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應稱為逆壓電效應。正、逆壓電效應統(tǒng)稱為壓電效應。

超聲波探頭中的壓電晶片具有壓電效應，當高頻電脈沖激勵壓電晶片時．發(fā)生逆壓電效應，將電能轉(zhuǎn)換為聲能(機械能)，探頭發(fā)射超聲波。當探頭接收超聲波時，發(fā)生正壓電效應，將聲能轉(zhuǎn)換為電能。不難看出超聲波探頭在工作時實現(xiàn)了電能和聲能的互相轉(zhuǎn)換，因此常把探頭叫做換能器。

單晶石英(siO2)產(chǎn)生壓電效應的機理如圖3.10所示。在正常狀況下，各原子的電荷互相平衡，不顯電荷，呈中性，如圖3.10(a)。當晶體受到壓力應作用時，si原子被壓入。原子2、6正負游離電荷2，為-，B為+，如圖3.10(b)所示。當晶體受到拉應力作用時，同時樣也會使正、負電荷中心不重合，在晶體表面極板上出現(xiàn)正、負游離電荷，不過這時極板電荷與3.10(b)相反，A為+，B為－，如圖3.10(c)所示。這就是正壓電效應。反之，如果在晶體表面極板上施加正、負電荷，晶體就會產(chǎn)生伸縮變形，即逆壓電效應。具有壓電效應的材料稱為壓電材料，壓電材料分單晶材料和多晶材料，常用的單晶材料有石英(sioz)、硫酸鋰(Li2SO4)、鈮酸鏗(LiNbO3)等。常用的多晶材料有鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(PbzrTiO3，縮寫為PZT)、鈦酸鉛(PbTiO3)等，多晶材料又稱壓電陶瓷。單晶材料接收靈敏度較高，多晶材料發(fā)射靈敏較高。二、壓電材料的主要性能參數(shù)壓電應變常數(shù)表示在壓電晶體上施加單位電壓時所產(chǎn)生的應變大小。

(3.4)式中

U——施加在壓電晶片兩面的應力；

△t——晶片在厚度方向的變形量。壓電應變常數(shù)d33是衡量壓電晶體材料發(fā)射靈敏度凹凸的重要參數(shù)。d33值大，接收性能好，接收靈敏度高。壓電電壓常數(shù)表示作用在壓電晶體上單位應力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。

(3.5)式中

P——施加在壓電晶片兩面的應力；

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凹凸的重要參數(shù)。g33值大，接收性能好，接收靈敏度高。

(3.6)式中

C——電容器電容；

t——電容器極板距離；

A——電容器極板面積。由上式可知，當電容器極板距離和面積一按時，介電常數(shù)e愈大，電容C也就愈大，即電容器所貯電雖就愈多。壓電晶體的e應依據(jù)不同用途來選取。超聲波探傷用的壓電晶體，頻率要求高，e應小一些。因為e小，C小，電容器充放電時間短。頻率高。揚聲器頻率低，e應大一些。機電耦合系數(shù)K，表示壓電材料機械能(聲能)與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。探頭晶片振動時，同時產(chǎn)生厚度和徑向兩個方面的伸縮變形，因此機電耦合系數(shù)分為厚度方向K1和徑向KpoKt大，探測靈敏度高；Kp大，低頻諧振波增多，發(fā)射脈沖變寬，導致分辨力降低，盲區(qū)增大。壓電晶片在諧振時貯存的機械能E貯與在一個周期內(nèi)損耗的能量E損之比稱為機械品質(zhì)因子θm。壓電晶片攝動損耗的能量主要是由內(nèi)摩擦引起的。θm值對分辨力有較大的影響,θm值大，表示損耗小，晶片繼續(xù)振動時間長，脈沖寬度大，分辨力低。反之，θm值小，表示損耗大，脈沖寬度小，分辨力就高。由駐波理論可知，壓電晶片在高頻電脈沖激勵下產(chǎn)生共振的條件是式中

t晶片厚度；

λL——晶片中縱波波長；

CL——晶片中縱波波速；

fo——晶片固有(諧振頻率)。

由上式可知：

(3.7)這說明壓電鏡片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數(shù)，這個常數(shù)叫做頻率常數(shù)，用Nt表示。晶片厚度一定，頻率常數(shù)大的鏡片材料的固有頻率高，厚度愈小。壓電材料與磁性材料一樣，其壓電效用與溫度有關。它只能在一定的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生，超過一定的溫度，壓電效應就會消失。使壓電材料的壓電效應小時的溫度稱為壓電材料的舉例溫度度，用To表示。例如，石英To=570℃，鈦酸鋇To=115℃。常用壓電材料性能多數(shù)參見3.1。超聲波探頭對鏡片的要求：(l)機電耦合系數(shù)K較大，以便獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。(2)機械品質(zhì)因子θm較小，以便獲得較高的分辨力和較小的盲區(qū)。(3)壓電應變常數(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。(4)頻率常數(shù)Nt較大，介電常數(shù)e較小，以便獲得較高的頻率。(5)居里溫度To較高，聲阻抗Z適當。三、探頭的種類和結(jié)構(gòu)超聲波探傷用探頭的種類很多，依據(jù)波型不同分為縱波探頭、橫波探頭、表面波、板波探頭等。依據(jù)耦合方式分為接觸式探頭和液(水)浸接頭。依據(jù)波束分為聚焦探頭與非聚焦探頭。依據(jù)晶片數(shù)不同分為單晶探頭、雙晶探頭等。此外還有高溫探頭、微型探頭等特別用途探頭。下面介紹幾種典型探頭。1直探頭(縱波探頭)直探頭用于發(fā)射和接收縱波，故又稱為縱波探頭。直探頭主要用于探測與探測面平行的缺陷，如板材、鍛件探傷等。直探頭的結(jié)構(gòu)如圖3.11所示，主要由壓電晶片、保護膜、汲取塊、電纜接頭和外殼等部分組成。壓電晶片的作用是發(fā)射和接收超聲波，實現(xiàn)電聲換能。保護膜的作用是保護壓電晶片不致磨損或損壞。保護膜分為硬、軟保護膜兩類。硬保護膜用于表面光潔度較高的工件探傷。軟保護膜可用于表面光潔度較低的工件探傷。當保護膜的厚度為λ2/4的奇數(shù)倍，且保護膜的聲阻抗Z2為晶片聲阻抗Z1和工件聲阻抗Z3的幾何平均時，超聲波全透射。汲取塊緊姑壓電晶片，對壓電晶片的振動超阻尼作用，所以又叫阻尼塊。阻尼塊使晶片起振后盡快停下來，從而使脈沖寬度變小，分辨力提升。另外汲取塊還可以汲取晶片背面的雜波，提升信噪比。汲取塊第三個作用是支承晶片。汲取塊常用環(huán)氧樹脂加鎢粉制成，其聲阻抗應盡可能接近壓電晶片的聲阻抗。外殼的作用在于將各部分組合在一起，并保護之。一般直探頭上標有工作頻率和晶片尺寸。斜探頭可分為縱波斜探頭(αL<a1)，橫波斜探頭(αL=a1～a1)和表面波斜探頭(αL≥a1)。這里僅介紹橫波斜探頭。橫波斜探頭是利用橫波探傷，主要用于探測與探測面垂直或成一定角度的缺陷，如焊縫探傷、汽輪機葉輪探傷等。斜探頭的結(jié)構(gòu)如圖3.12所示。由圖可知，橫波斜探頭實際上是直探頭加透聲斜楔組成。由于晶片不直接與工件接觸。因此這里直探頭沒有保護膜。透聲斜楔的作用是實現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換，使被探工中只存在折射橫波。要求透聲斜楔的縱波波速必需小于工件中的縱波波速，透聲斜楔的衰減系數(shù)適當，且耐磨、易加工。一般透聲斜楔用有機玻璃制成。(近年來有些探頭用尼龍、聚等其它新材料做斜楔，效果不錯)。斜楔前面開槽?？梢詼p少反射雜波。還可將斜楔做成牛角形，使反射波進入牛角出不來，從而減少雜波。橫波斜探頭的標稱方式有三種：一是以縱波入射角αL來標稱，常用αL=30°、40°、45°、50°等，如獨聯(lián)體國家和我國有些探頭。二是以橫波折射角βs來標稱，常用βs=40°、45°、50°、60°、70°等，如西方國家和日本。三是以K=tgβ,來標稱，常用K=0.8、1.0、1.5、2.0、2.5等，這是我國提出來的，使缺陷定位計算大大簡化。目前國產(chǎn)橫波斜探頭大多采納K值系列。K值與αL、βs的換算關系見表3.2。注意此表只適用于有機玻璃/鋼界面。國產(chǎn)橫波斜探頭上常標有工作頻率、晶片尺寸和K值。K值探頭是我國特有的一種標稱法，在工件探傷中進行缺陷定位、定量計算十分簡便。K值探頭的入射角αL可按下式計算：

(3.8)式中

CL1——斜楔中的縱波速度；

Cs2——工件中的橫波速度；

K——探頭的K值，K=tgβs。當斜探頭的入射角大于或等于第二臨界角時，在工件中便產(chǎn)生表面波。因此表面波探頭是斜探頭的一個特例。它用于產(chǎn)生和接收表面波。表面波探頭的結(jié)構(gòu)與橫波斜探頭一樣，唯一的區(qū)別是斜楔塊入射角不同。表面波探頭的入射角按下式計算：

(3.9)式中

CL1——斜楔中縱波速度；

CR2——工件中表面波速度。關于有機玻璃/鋼界面，表面波探頭一般標有工作頻率和晶片尺寸。表面波探頭用于探測表面或近表面缺陷。4.雙晶探頭(分割探頭)雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波，另一塊用于接收超聲波。依據(jù)入射角αL不同，分為雙晶縱波探頭(αL<a1)和雙晶橫波探頭(αL=a1～a1)。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)如圖3.13所示。雙晶探頭具有以下優(yōu)點：(1)靈敏度高；雙晶探頭的兩塊晶片，一發(fā)一收。發(fā)射晶片用發(fā)射靈敏度高的壓電材料制成，如PZT。接收晶片用接收靈敏度高的壓電材料制成，如硫酸鋰。這樣探頭發(fā)射和接收靈敏度都高，這是單晶探頭無法比的。(2)雜波少富區(qū)?。弘p晶探頭的發(fā)射與接收分開，消除了發(fā)射壓電晶片與延遲塊之間的反射雜波。同時由于始脈沖未進入擴展器，克服了隨塞現(xiàn)象，使盲區(qū)大大減小，為探傷近表面缺陷提供了有利條件。(3)工件中近場區(qū)長度?。弘p晶探頭采納了延遲塊，縮短了工件中的近場區(qū)長度，這對探傷是有利的。(4)探測范圍可調(diào)：雙晶探頭探傷時，關于位于棱形abcd內(nèi)的缺陷靈敏度較高。而棱形abcd是可調(diào)的，可以通過改變?nèi)肷浣铅罫，來調(diào)整。αL增大，棱形abcd向表面移動，在水平方向變扁。αL減小，棱形向內(nèi)部移動，在垂直方向變扁。雙晶探頭主要用于探傷近表面缺陷。雙晶探頭上標有工作頻率、晶片尺寸和探測深度。5.聚焦探頭

聚焦探頭種類較多。據(jù)焦點形狀不同分為點聚焦和線聚焦。點聚焦的理想焦點為一點，其聲透鏡為球面；線聚焦的理想焦點為一條線，其聲透鏡為柱面。據(jù)耦合狀況不同分為水浸聚焦與接觸聚焦。水浸聚焦以水為耦合介質(zhì)，探頭不與工件直接接觸。接觸聚焦是探頭通過薄層耦合介質(zhì)與工件接觸。接觸聚焦據(jù)聚焦方式不同又分為透鏡式聚焦、反射式聚焦和曲面晶片式聚焦。如圖3.14所示。透鏡式聚焦是平面晶片發(fā)射超聲波通過聲透鏡和透聲楔塊來實現(xiàn)聚焦，如圖3.14(a)。反射式聚焦是平面晶片發(fā)射超聲波通過曲面楔塊反射來實現(xiàn)聚焦，如圖3.14(b)。曲面晶片式聚焦探頭的晶片為曲面，通過曲面楔塊實現(xiàn)聚焦，如圖3.14(c)。下面以水漫聚焦探頭為例說明聚焦探頭的結(jié)構(gòu)原理。聚焦探頭的結(jié)構(gòu)如圖3.15，聚焦探頭由直探頭和聲透鏡組成。聲透鏡的作用就是實現(xiàn)波束聚焦。焦距F與聲透鏡的曲率半徑r之間關系為

(3.10)式中

n--透鏡與耦合介質(zhì)波速比，n=c1/c2。關于有機玻璃聲透鏡和水n=2730/1480=l.84，這時聚焦探頭探傷工件時，實際焦距F′會變小。式中

L—工件中焦點至工件表面的距離；

C2—耦合劑中波速；c3--工件中波速；這時水層厚度為：H—F—LC3lc2

可變角探頭的入射角是可變的，其結(jié)構(gòu)如圖3.16所示。轉(zhuǎn)動壓電晶片可使入射角連續(xù)變化,一般變化范圍為0°～70°，可實現(xiàn)縱波、橫波、表面波和板波探傷。

常規(guī)探頭只能用于探傷常溫下的工件，然而實際生產(chǎn)中有時需要對高溫工件進行探傷，如原子反應堆中的某些部件。這時必需采納圖3.17所示的高溫探頭來進行探傷。

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，電纜為無機物絕緣體高溫同軸電纜，前面殼體與晶片之間采納特別釬焊使之形成高溫耦合層。這種探頭可在400～700℃高溫下進行探傷。

電磁探頭如圖3.18所示，將通有交變電流的線圈放在導體表面四周，導體中將產(chǎn)生多變渦流。當該渦流處于另一恒定磁場中時，渦流中的帶電質(zhì)點就會受到洛倫茲力作用，由于渦流是高頻交變電流，因此帶電質(zhì)點受到的洛倫茲力也交替變化；產(chǎn)生振動，這樣就在工件表面產(chǎn)生超聲波。這一效應是可逆的，因此利用這一原理也可接收超聲波。改變渦流與恒定磁場的方向，可使洛倫茲力的方向垂直或平行于工件表面，從而產(chǎn)生超聲縱波或橫波。

電磁探頭探傷為非接觸探傷，因此不用耦合劑，可用于粗糙表面高溫頭換能效率低，探傷靈敏度有限，且只能探測導電材料，因此目前應用較少。

爬波是指表面下縱波。當縱波以第一臨界角a1四周的角度入射到截面時，就會在第二介質(zhì)中產(chǎn)生表面下縱波，即爬波。這時第二介質(zhì)中除爬波外，還有其它波型，但速度均較爬波慢。爬波與表面波不同，表面波是入射角大于或等于第二臨界角時產(chǎn)生的，是表面下的橫波，波速較低。理論研究說明，爬波在自由表面的位移有垂直分量，不是純粹的縱波。爬波探頭的結(jié)構(gòu)與橫波斜探頭類似，只是入射角不同。爬波探頭輻射的聲場如圖3.19所示。在入射平面內(nèi)存在一系列波瓣，第一波瓣幅度極大值對應的折射角為θmαχ射隨入射角α增大而增大，但第一波瓣的極大值隨之下降。另外θmαχ還與頻率f及晶片直徑D的乘積(f·D)有關,θmαχ隨(f·D)增加而增加。如圖3.20所示。一般爬波探頭的入射角a＝a1，以改變f·D來改變θmαχ,以便檢測不同深度的缺陷。爬波衰減比表面波小，探測深度較表面波大，而且深度范圍可以調(diào)整。常用于表面較粗糙的工件的表層缺陷探測。四、探頭型號探頭型號組成項目及排列順序如下：基本頻率：用阿拉伯數(shù)字表示，單位為MMz。晶片材料：用化學元素縮寫符號表示，見表3.3。晶片尺寸：用阿拉伯數(shù)字表示，單位為mm。其中圓晶片用直徑表示；方晶片用長x寬表示；分割探頭晶片用分割前的尺寸表示。探頭種類：用漢語拼音縮寫字母表示，見表3.4。直探頭也可不標出。探頭特征：斜探頭鋼中折射角正切值(K值)用阿拉伯數(shù)字表示。鋼中折射角用阿拉伯數(shù)字表示，單位為度。分割探頭鋼中聲束交區(qū)深度用阿拉伯數(shù)字表示，單位為mm。水浸探頭水中焦距用阿拉伯數(shù)字表示，單位為mm。DJ表示點聚焦，XJ表示線聚焦。2.舉例：第四節(jié)

試

塊按一定用途制定制作的具有簡單幾何形狀人工反射體的試樣，通常稱為試塊。試塊和儀器、探頭一樣，是超聲波探傷中的重要工具。一、試塊的作用超聲波探傷靈敏度太高或太低都不好，太高雜波多，判傷困難，太低會引起漏檢。因此在超聲波探傷前，常用試塊上某一特定的人工反射體來調(diào)整探傷靈敏度。超聲波探傷儀和探頭的一些重要性能，如擴展線性、水平線性、動態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力、盲區(qū)、探頭的入射點、K值等都是利用試塊來測試的。利用試塊可以調(diào)整儀器示波屏上水平刻度值與實際聲程之間的比例關系，即掃描速度，以便對缺陷進行定位。利用某些試塊繪出的距離一波幅一當量曲線(即有用AVG)來對缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特別是3N以內(nèi)的缺陷，采納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測量材料的聲速、衰減性能等。二、試塊的分類(1)標準試塊：標準試塊是由權威機構(gòu)制定的試塊，試塊材質(zhì)、形狀、尺寸及表面狀態(tài)都由權威部門統(tǒng)一規(guī)定。如國際焊接學會IIW試塊和IIW2試塊。(2)參照試塊：參照試塊是由各部門按某些具體探傷對像制定的試塊，如CS一1試塊、CSK--IA試塊等。(1)平底孔試塊：一般平底孔試塊上加工有底面為平面的平底孔，如CS一I、CS一2試塊。(2)橫孔試塊：橫孔試塊上加工有與探測面平行的長橫孔或短橫孔，如焊縫探傷中CSK—IA(長橫孔)和CSK--ⅢA(短橫孔)試塊。(3)槽形試塊：槽形試塊上加工有三角尖槽或矩形槽，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。

此外還有其他分類方法，這里不再贅述。三、試塊的要求和維護試塊材質(zhì)應均勻，內(nèi)部雜質(zhì)少，無影響使用的缺陷。加工容易，不易變形和銹蝕，具有優(yōu)良的聲學性能。試塊的平行度、垂直度、光潔度和尺寸精度都要符合一定的要求。標準試塊要用平爐冷靜鋼或電爐軟鋼制作，如20號碳鋼。對比試塊材質(zhì)盡可能與被探工件相同或相近。標準試塊探測面光潔度一般不低于

，尺寸公差±0．1mm。對比試塊光潔度和尺寸公差與被探工件相同或相近。關于平底孔試塊上的平底孔底面光潔和平整狀況常用下述方法檢查：先用無腐蝕性溶劑清洗孔并干燥，然后用注射器將硅橡膠液注入孔內(nèi)，抽出注射器，插入大頭針．待橡膠凝固后借助大頭針將橡膠模型取出，在光學投影儀上檢查孔底光潔度和平整程度。(1)試塊應在適當部位編號，以防混淆。(2)試塊在使用和搬運過程中應注意保護，防止碰傷或擦傷。(3)使用試塊時應注意清除反射體內(nèi)的油污和銹蝕。常用沾油細布將銹蝕部位拋光，或用合適的去銹劑處理。平底孔在清洗干燥后用尼龍塞或膠合劑封口。(4)注意防止試塊銹蝕，使用后停放時間較長，要涂敷防銹劑。(5)注意防止試塊變形，如避免火烤，平板試塊盡可能立放防止重壓。四、國內(nèi)外常用試塊簡介國內(nèi)外無損檢測界依據(jù)不同的應用目的制定和制作了大量的試塊。這些試塊有國際組織推舉的，有國家或部頒標準規(guī)定的，有行業(yè)或廠家自行規(guī)定的。下面選擇國內(nèi)外常用的幾種試塊加以介紹．IIW試塊是國際焊接學會標準試塊(IIW是國際焊接學會的縮寫)，該試塊是荷蘭代表首先提出來的，故稱荷蘭試塊。該試塊形狀似船形，因此又叫船形試塊。IIW試塊結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.21。IIW試塊材質(zhì)為20號鋼，正火處理，晶粒度7～8級。IIW試塊的主要用途如下：(1)調(diào)整縱波探測范圍和掃描速度(時基線比例)：利用試塊上25和100調(diào)。(2>測儀器的水平線性、垂直線性和動態(tài)范圍：利用試塊上25或100溯。(3)測直探頭和儀器的分辨力：利用試塊上85、9l和100測。(4)測直探頭和儀器組合后的穿透能力：利用φ50有機玻璃塊底面的多次反射波測。(5)測直探頭與儀器的盲區(qū)范圍：利用試塊上φ50有機玻璃圓弧面與側(cè)面間距5和10測。(6)測斜探頭的入射點：利用試塊上R100圓弧面測。(7)測斜探頭的折射角：折射角在35°～76°范圍內(nèi)用φ50孔測，折射角在74°～80°范圍內(nèi)用聲φ1.5圓孔測。(8)測斜探頭和儀器的靈敏度余量：利用試塊R100或φ1.5測。(9)調(diào)整橫波探測范圍和掃描速度：由于縱波聲程9l相當于橫波聲程50，因此可以利用試塊上91來調(diào)整橫波的探測范圍和掃描速度。例如橫波1：1．先用直探頭對準9l底面，使底波B1、B2分別對準50、100，然后，換上橫波探頭并對準R100圓弧面，找到最高回波，并調(diào)至100即可。(10)測斜探頭聲束軸線的偏離：利用試塊的直角棱邊測。IIW試塊用途較廣，但也有一些不夠，對此一些國家作了小的修改作為本國的標準試塊。如西德和日本在R100圓心處兩側(cè)加開寬為0.5深為2的溝槽，借以獲得R100圓弧面的多次反射，這就克服了IIW試塊調(diào)整橫波探測范圍和掃描速度不便的缺點。IIW2試塊也是荷蘭代表提出來的國際焊接學會標準斌塊，由于外形類似牛角，故又稱牛角試塊。與IIW試塊相比，IIW2試塊重量輕、尺寸小、形狀簡單、容易加工和便于攜帶，但功能不及IIW試塊。IIW2試塊的材質(zhì)問IIW。IIW2試塊的結(jié)構(gòu)尺寸和反射特點如圖3.22。當斜探頭對準R25時，R25反射圓波一部分被探頭接收，顯示B1,另一部分反射至R50，然后又返回探頭，但這時不能被接收，因此無回波。當此反射波再次經(jīng)R25反射回到探頭時才干被接收，這時顯示B2，它與B1的間距為R25+R50。以后各次回波間距均為R25+R50。IIW2試塊的主要用途如下：(1)測定斜探頭的入射點：利用R25與RS0圓弧反射面測。(2)測定斜探頭的折射角：利用φ5橫通孔測。(3)測定儀器水平、垂直線性和動態(tài)范圍：利用厚度12.5測。(4)調(diào)整探測范鼷和掃描速度：縱波直探頭利用12.5底面的多次反射調(diào)，橫波斜探頭利用R25和R50調(diào)。(5)測儀器和探頭的組合靈敏度；利用φ5或R50圓弧面測。CSK一IA試塊是我國鍋爐和鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷JB1152—81標準規(guī)定的標準試塊，是在IIW試塊基礎上改善后得到的，其結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖3.23。CSK—IA試塊有三點改善；(1)將直孔φ5O改為φ50、φ44、φ4O臺階孔，以便于測定橫波斜探頭的分辨力。(2)將R100改為RIOO、R50階梯圓弧，以便于調(diào)整橫波掃描速度和探測范圍。(3>將試塊上標定的折射角改為K值(K=τgβ2)，從而可直接測出橫波斜探頭的K值。CSK—IA試城的其他功能同IIW試塊，材質(zhì)一般同工件。半圓試塊是目前廣泛應用的一種試塊，其特點是加工方便，便于攜帶，材質(zhì)同IIW。半圓試塊結(jié)構(gòu)和反射特點如圖3.24。試塊圓弧部分切去一塊是為了安放平穩(wěn)。圖中半圓試塊中心切槽是為了產(chǎn)生多次反射，在示渡屏上形成等距離的反射波。由于中心槽未切通，切槽處反射波間距均為R，而未切槽處反射波間距為R、R、R……，二者互相迭加使示波屏上奇次波高，偶次波低，如圖3.24(a)。此外還一種中心不切槽的半圓試塊，這種試塊反射波間距為R、2R、2R……，波形如圖3.24(b)。常用半圓試塊的半徑為R40或R50。半圓試塊的主要用途如下：(1)測斜探頭的入射點：利用R50測。(2)調(diào)整橫波掃描速度和探測范圍：利用R50調(diào)。(3)調(diào)整縱波掃描速度和探測范圍：利廂厚度20調(diào)。(4)測儀器的水平、垂直線性和動態(tài)范圍：利用厚度20調(diào)。(5)調(diào)整靈敏度：利用R50圓弧面調(diào)。5.CS—1和CS—2試塊CS—1和CS—2試塊是我國機械部頒平底孔標準試塊，材質(zhì)一般為45號碳索鋼。CS—1試塊結(jié)構(gòu)如圖3.25(a)，平底孔直徑分別為φ2、φ3、φ4、φ6、φ8等五種，其中φ2、φ3聲程分別為50、75、100、150、200各五塊；φ4、φ6聲程分別為50、75、100、200、250各六塊；φ8聲程分別為100、150、200、250等四塊，共26塊。CS—2試塊結(jié)構(gòu)如圖3.25(b)，平底孔直徑分別為φ2、φ3、φ4、φ6、φ8和無限大(大平底)等六種，聲程分別為25、50、75、100、’25、150、200、250；300、400、500等11種，共66塊。CS—1和CS一2試塊的主要用途如下：(1)測試縱波平底孔距離一波幅一當量曲線，即有用AVG酶線：利用各試塊的平底孔和大平底測。(2)調(diào)整探傷靈敏度：利用大平底或平底控調(diào)。(3)對缺陷定量：利用試塊上各平底孔測。多用于3N以內(nèi)的缺陷定量。(4)測儀器的水平、垂直線性和動態(tài)范圍：用大平底或平底孔測。(5)測直探頭與儀器的組合性能：如果靈敏度余量可用φ2×200試塊來測。6.CSK—ⅡA、CSK—ⅢA試塊和CSK—ⅣA試塊CSK—ⅡA、CSK—ⅢA試塊是JB4370—94標準中規(guī)定的焊縫超聲波探傷用的橫孔標準試塊。CSK—ⅡA結(jié)構(gòu)如圖3.26；CSK—ⅢA結(jié)構(gòu)如圖3.27；CSKⅢA結(jié)構(gòu)如圖3.28，尺寸見表3.5。

試塊材質(zhì)與工件相同或相近。csK—ⅡA、CSK—ⅢA和csK—ⅣA試塊主要用于測定橫波距離—波幅曲線、斜探頭的K值和調(diào)整橫波掃描速度和靈敏度等。其中CSK—ⅡA和CSK—ⅡA和CSK—ⅢA適用于壁厚范圍為8～120mm的焊縫，csK～ⅣA系列試塊適用于壁厚范圍120～300mm的焊縫。RB試塊是鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級標準GB11345—89規(guī)定的試塊。該試塊上加工有φ3mm橫通孔，試塊的材質(zhì)與被檢工件相同或相近，形狀尺寸如圖3.29所示。RB試塊的主要用途與CSK—IA試塊基本相同。壓力容器用鋼板超聲波探傷試塊如圖3.30所示。試塊的材質(zhì)與被探鋼板相同或相近。試塊上的人工缺陷為φ5平底孔。試塊的尺寸由表3.6確定。該試塊主要用于調(diào)節(jié)探傷靈敏度。適用于板厚為6～250mm的壓力容器用鋼板超聲波探傷。高壓無縫鋼管超聲波探傷試塊(又稱對比試塊)如圖3.31所示。試塊應選取與被檢鋼管的規(guī)格、材質(zhì)、熱處理工藝和表面狀況相同或相似的鋼管制備，試塊中不得有影響人工缺陷正常指示的自然缺陷。試塊上人工缺陷為尖角槽，其尺寸表3.7確定。

該試塊主要用于調(diào)節(jié)探傷靈敏度和對工件進行判傷評級。適用于外徑為12～480mm,壁厚≥2mm的壓力容器高壓無縫鋼管或外徑為12～160mm、壁厚為2～10mm的不銹鋼管超聲波探傷。10．美國ASME試塊ASME試塊是美國機械工程學會標準試塊。試塊的形狀與尺寸如圖3.2所示。試塊厚度ASME試塊的用途與我國CSK一ⅡA試塊相似，可用于繪制斜探頭的距離——波幅曲線，調(diào)節(jié)儀器時基線比例與探傷靈敏度，測斜探頭的折射角等。

試塊上的橫孔位置與工件厚度有關，當工件厚度小于或等于l英寸時，取T/2；當工件厚度大于1英寸時，取T/4。

下面以橫孔位于T/4時的狀況為例說明距離——波幅曲線的繪制方法。如圖3.33所示，首先使3/8跨距處回波高達示波屏滿幅度的75%，然后在靈敏度不變的條件下，測5/8、7/8跨距等處回波高。以跨距(水平距離)為橫坐標，波高為縱坐標繪距離——波幅曲線，如圖3.34所示的a曲線。將a曲線下降50%、80%得b、c曲線。11.英國BS試塊

BS試塊是英國國家標準試塊。BS試塊有BS—A1、BS—A2、BS—A3等幾種。其中BS—A2與HW試塊類似，不再贅述。這里僅介紹BS—A1、BS—A3試塊。(1)BS—A1試塊：BS—A1試塊如圖3.35所示。材質(zhì)相當于我國20#鋼，制作要求與IIW試塊相同。BS—A1試塊的主要用途如下：所示的位置，測出位置l時波高H1的水平刻度t1。后移探頭分別測出位置2、3、4、5時的t2、t3、t4、t5然后依據(jù)t2—tl、t3一t2、t4一t3、t5一t4的

差是否相等來評價儀器的時基線性。

②測斜探頭入射點與折射角，分別測出圖3.36中探頭在1、2、3、4、5等位置時探頭前沿至試塊端面的距離L1、L2、L3、L4，L5，則探頭前沿長度Lo和折射角β分別為：式中

t——BS—A1試塊厚度。此外，BS—A1試缺還可用于調(diào)整儀器時基線比例和探傷靈敏度等。(2)BS—A3試塊：BS—A3試塊如圖3.37所示,制作要求及材質(zhì)與IIW試塊基本相同。其主要用途如下。1、B2分別對準水平刻度25、50，這時縱波比例為l：1.82，然后換上斜探頭，對準R75，調(diào)[脈沖移位]使B1對準75，這時橫波1：1就調(diào)好了，并且“0〞點校好。

②測斜探頭入射點：探頭于A處，方法同IIW試塊。

③測斜探頭折射角：探頭于B處，當波束軸線經(jīng)A處反射至圓弧再回到探頭時回波最高這時探頭入射點對應的角度為折射角。

此外，BS—A3試塊還可用于調(diào)節(jié)探傷靈敏度，測定探頭波束軸線偏離程度等。

JIS試塊是日本工業(yè)標準試塊。JIS試塊有JIS—STB—Al、JIS一STB—A2、JIS-STBA3等幾種。JIS--STB--A1試塊與IIW試塊類似，不同贅述。下面僅介紹JIS--STB一A2與JIS—STB—A3試塊。

(1)JlS—STB—A2試塊：該試塊形狀尺寸如圖3.38所示，材質(zhì)類似我國20＃鋼，正火回火處理。

JIS—STB—A2試塊的主要用途如下：①調(diào)撂傷靈敏度：利用φ1.5橫孔與φl×l、φ2×2、φ4×4、φ8×8等柱孔(平底孔)進行調(diào)整。

②測儀器與探頭分辨力：利用兩個φ1.5×4柱孔(平底孔)測。

③測儀器與探頭靈敏度余量：利用串1.5橫通孔測。④測距離一波幅曲線：常利用φ4×4柱孔測。探頭置于A處，找到l倍跨距時φ4x4柱孔的最高回波，調(diào)至某一高度(如80％)，后移探頭分別找到不同跨距時的最高回波，然后繪制距離一波幅曲線。(2)JIS—STB—A3試塊：談試塊形狀與IIW試塊類似。如圖3.39所示。但尺寸較小，因此重量輕，攜帶方便，適用于現(xiàn)場探傷。材質(zhì)、用途與IIW試塊相似。

DIN試塊是德國標準試塊，DIN試塊有DIN541201＃標準試塊和DIN541222＃標準試塊。其中DIN541201＃標準試塊與IIW試塊相似，如圖3.21所示。不同的地方是在R100圓心處開有O.5×4×30的小槽，用于橫波探測時調(diào)節(jié)儀器的時基線比例。DIN541222＃標準試塊與IIW2試塊，如圖3．22所示。第五節(jié)

儀器和探頭的性能及其測試儀器和探頭的性能包括儀器的性能、探頭的性能以及儀器與探頭的綜合性能。儀器的性能僅與儀器有關，如儀器的垂直線性、水平線性和動態(tài)范圍等。探頭的性能僅與探頭有關，如探頭入射點、K值、雙峰、主聲束偏離等。儀器與探頭的綜合性能不僅與儀器有關，而且與探頭有關，如分辨力、盲區(qū)、靈敏度余量等。

一、儀器的性能及其測試

1．垂直線性

儀器的垂直線性是指儀器示波屏上的波高與探頭接收的信號之間成正比的程廑。擴展器和示波管的性能影響垂直線性。垂直線性好壞常以垂直線性誤差來表示：其測試步驟如下：

(1)[抑制]至“0〞，[衰減器]保留30dB衰減余量。

(2)直探頭通過耦合劑置于IIW(或其他試塊)上，對準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示波屏的中間，并達滿幅度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，并記下相應的波高H1填入表3.9中，直到底波消失。(5)計算垂直線性誤差

〔3.14〕式中

d1——實測值與理想值的最大正偏差；

d2——實測值與理想值的最大負偏差。

A型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術條件ZBY230—84規(guī)定儀器垂直線性誤差D≤8%。垂直線性的好壞影響缺陷定量精度。

儀器水平線性是指儀器示波屏上時基線顯示的水平刻度值與實際聲程之間成正比的程度，或者說是示波屏上多次底波等距離的程度。水平線性主要取決于掃描鋸齒波的線性。

水平線性的好壞常用水平線性誤差來表示，其測試步驟如下：

(1)將直探頭置于IIW(或其他試塊)上，對準25mm厚的大平底面，如圖3.40(a)(2)調(diào)[微調(diào)]、[水平]或[脈沖移位]等旋鈕，使示波屏上出現(xiàn)五次底波B1到B5，且使B1前沿對準2.0，B5對準10.0，如圖3.40(b)。記錄B2、B3、B4與水平刻度值4．03、6。0、8．0的偏差值a2、a3、a4(4)計算水平線性誤差

(3.15)式中

αmαx—a2、a3、a4中最大者；

b—示波屏水平滿刻度值。ZBY230—84規(guī)定儀器的水平線性誤差≤2%。儀器水平線性的好壞直接影響測距精度，進而影響缺陷定位。動態(tài)范圍是指儀器示波屏容納信號大小的能力，將滿幅度100%某波高用［衰減器］衰減到剛能識別的最小值多需衰減的分貝值就是儀器的動態(tài)范圍。注意這時［抑制到“0〞。ZBY230—84規(guī)定儀器的動態(tài)范圍不小于26dB。衰減器精度影響著缺陷定量的準確性，準確測定衰減器精度應采納標準衰減器進行比較。然而這種方法在現(xiàn)場往往難于實現(xiàn)，探傷人員可按以下簡易方法大致測出衰減器精度。在探頭遠場區(qū)，同聲程平底孔徑相差一倍，其反射回波的理論差值為12dB。據(jù)此，可以用直探頭探測試塊內(nèi)同聲程的φ2和φ4平底孔(如CS—1型5號和15號試塊)，用衰減器將它們的回波調(diào)至頭腦感一高度(如垂直刻度的80%)，此時衰減器的調(diào)節(jié)量(dB值)與12dB的差值即為衰減器誤差。由于探傷儀衰減器旋鈕刻度只有整數(shù)值，難以調(diào)節(jié)到基準高度的回波余額可折算。關于垂直線性好的儀器，可按以下方法進行。H2，則衰減器的誤差N可按下式估算：N(dB)=201gH1/H2ZBY230一84標準規(guī)定：任意相鄰12dB誤差≤ldB。二、探頭的性能及其測試1.斜探頭入射點

斜探頭的入射點是指其主聲束軸線與探測面的交點。入射點至探頭前沿的距離稱為探頭的前沿長度。測定探頭的入射點和前沿長度是為了便于對曲線定位和測定探頭的K值。將斜探頭放在IIW試塊上，如圖3.14位置，使R100圓柱曲底面回波達最高時斜楔底面與試塊圓心的重合點就是該探頭的入射點。這時探頭的前沿長度為

l0=R—M注意試塊上R應大于鋼中近場區(qū)長度N，因為近場區(qū)內(nèi)軸線上的聲壓不一定最高，測試誤差大。斜探頭K值是指被探工件中橫波折射角βs的正切值，K=tgβs，斜探頭的K值常用IIW試塊或CSK—IA試塊上的φ50和φ1.5橫孔來測定，如圖3.41。當探頭置于B位置時，可測定

βs為35°～60°(K=0.7～1.73)；探頭置于C位置時，可測定βs，為60°～75°(K=1.73～3.73)；探頭置于D位置時?？蓽y定βs為75°～80(K=3.73～5.67)。下面以C位置為例說明K值的測試方法。探頭對準試塊上φ50橫孔，找到最高回波，并測出探頭前沿至試塊端面的距離L，則有：

(3.17)式中βs由下式求得:βs=tg-1K值得注意的是：測定探頭的K值或βs，也應在近場區(qū)以外進行。因為近場區(qū)內(nèi)，聲壓最高點不一定在聲束軸線上，測試誤差大。探頭實際主聲束與其理論幾何中心軸線的偏離程度稱為主聲束的偏離，常用偏離角θ來表示。平行平移動探頭，同一反射體產(chǎn)生兩個波峰的現(xiàn)象稱為雙峰，這是波束分叉引起的。直探頭和斜探頭都可能存在主聲束偏離和雙峰，下面以斜探頭為例說明之。如圖3.42(a)所示，探頭對準試塊棱邊，移動并轉(zhuǎn)動探頭，找到棱邊最高回波，這時探頭側(cè)面平行線與棱邊法線夾角θ就是主聲束偏離角。當K＞1時，用依次波測定，如圖3.24(b)。當K≤l時，用二次波測定，如圖3.43(c)。這是因為K值較小時，一次波聲程短，往往在近場區(qū)內(nèi)，測試誤差大。探頭雙峰常用橫孔試塊來測定，如圖3.43(a)。探頭對準橫孔，并前后平行移動，當示波屏出現(xiàn)圖3.43(b)所示的雙峰波形時，說明探頭具有雙峰。探頭主聲束偏離與雙峰，將會影響對缺陷的定位和判別。探頭聲束特性是指灘頭發(fā)射聲束的散狀況，常用軸線上聲壓下降6dB時探頭移動距離(即某處的聲束寬度)來表示。探頭移動距離大，)來表示。聲束擴散嚴重。下面分別介紹直探頭與斜探頭聲束擴散特性。(1)直探頭:先在直探頭圓周四個對稱位置上作出標記+X、-X、+y、-y，再將探頭對準試塊上的聲程為2N左右的某橫通孔，找到最高回波，然后沿X--X方向平行移動探頭，測出橫通孔回波下降6dB時探頭移動距離W-x、W+x，如圖34.4所示。用同樣方法測出y—y方向的探頭移動距離W-y、W+y。(2)斜探頭：斜探頭聲束散特性在不同方向上是不同的，這里僅介紹斜探頭左右檢查時聲束散狀況。先將探頭放在40mm厚的試塊上，如圖3.45所示，移動探頭找到φ4豎痛孔最高回波，并在試塊上標記探頭中心O點，然后使探頭在O點左右移動，找到使φ4回波下降6dB時的移動距離W+y、W-y。三、儀器和探頭的綜合性能及其測試超聲波探傷中靈敏度廣義的含意是指整個探傷系統(tǒng)(儀器與探頭)發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。發(fā)現(xiàn)的缺陷愈小，靈敏度就愈高。儀器與探頭的靈敏度常用靈敏度余量來衡量。靈敏度余量是指儀器最大輸出時(增益、發(fā)射強度最大，衰減和抑制為0)，使規(guī)定反射體回波達基準高所需衰減的衰減總量。靈敏度余量大，說明儀器與探頭的靈敏度高。靈敏度余量與儀器和探頭的綜合性能有關，困此又叫儀器與探頭的綜合靈敏度。儀器與探頭的靈敏度余量測試方法如下。

(1)儀器與直探頭靈敏度余量的測試：

①儀器[增益1]至最大，[抑制]至“O〞，[發(fā)射強度]至“強〞，連接探頭，并使探頭懸空，調(diào)[衰減器]使電噪聲電平≤l0%，記下此時的[衰減器]的讀數(shù)N1dB。

②將探頭對準圖3.46(a)所示的200/φ2(聲程為200mm的平底孔φ2mm)試塊上φ2平底孔。調(diào)[衰減器]使φ2平底孔調(diào)[衰減器]使φ2平底孔回波高達50％，記下此時[衰減器]讀數(shù)N2dB。則儀器與探頭的靈敏度余量N為

N=N2一N1

(dB)

一般要求儀器與直探頭靈敏度余量≥30dB。

(2)儀器與斜探頭靈敏度余量的測試：

①[增益]至最大，[抑制]至“O〞，發(fā)射強度至“強〞，連接探頭并懸空，記下電噪聲電平≤lO％的衰減量N1。②探頭置于IIW試塊上，如圖3.46(b)，記下使R100圓弧面的第一次反射波最高達50％時的衰減量N2。則儀器與斜探頭的靈敏度余量N為N=N2-Nl(dB)

一般要求儀器和斜探頭的靈敏度余量≥40dB。

盲區(qū)是指從探測面到能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離。盲區(qū)內(nèi)的缺陷一概不能發(fā)現(xiàn)。盲區(qū)的大小與儀器的堵塞時間和始脈沖寬度有關。

始脈沖寬度是指在一定的靈敏度下，示波屏上高度超過垂直幅度20％時的始脈沖延續(xù)長度。始脈沖寬度與晶片的機械品質(zhì)因子θm和發(fā)射強度有關。θm值大，發(fā)射強度大，始脈沖寬度大。

盲區(qū)的測定可在盲區(qū)試塊土進行，如圖3.47。示波屏上能清楚地顯示φl平底孔獨立回波的最小距離即為所測的盲區(qū)。如果沒有盲區(qū)試塊，也可利用IIW或CSK—IA試塊來估計盲區(qū)的范圍，如圖3.