實驗報告超聲波

1、四川大學實驗報告實驗名稱：超聲波探傷實蕿系別:專業(yè):班號:姓名:學號:肅實驗日期：2013年3月10日同組人姓名教師評定成績:、實驗名稱蚃超聲波探傷實驗、實驗目的荿1. 了解探傷儀的簡單工作原理蚄2.熟悉超聲波探傷儀、探頭和標準試塊的功用賺3. 了解有關超聲波探傷的國家標準莁4.掌握超聲波探傷的基本技能、主要實驗儀器肅CTS-22型超聲波探傷儀試塊探頭直尺機油袃四、實驗原理實驗中廣泛應用的是A型脈沖反射式超聲波探傷儀，儀器屏橫坐標表示超聲波在工件中的傳播時間（或傳播距離）縱坐標表示反射回波波高。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，同時觸發(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將電信號轉換為聲信號，發(fā)射超聲波。超聲波在遇到異質界面（缺陷或底面）反射回來唄探頭吸收。通過探頭的正電壓效應將信號轉換為電信號，并送至放大電路唄放大檢波，然后加到熒光屏垂直偏轉板上，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板上，形成一條掃描亮 線，將缺陷波 F和底波 B按時間展開。其工作原理圖如下圖所示:薈五、實驗內容與步驟蒆一.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.莁實驗要求：1.掌握儀器主要性能：水平線性、垂直線性和動

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:蚃1.儀器的主要性能:A.水平線性儀器熒光屏上時基線水平刻度值與實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幅度成正比的程度。C.動態(tài)范圍指反射信號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) 從探側面到能發(fā)現(xiàn)缺陷的最小距離成為盲區(qū)，其內缺陷不能發(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發(fā)現(xiàn)微小缺陷的能力。聲束擴散角擴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。蒀實驗步驟:袈1.水平線性的測試祎A.調節(jié)有關旋鈕。使時基線清晰明亮，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.調節(jié)有關旋鈕，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膈水平刻度標定值螄2薂4衿6芇8膅10羀實際讀數(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.計算水平線性誤差|a max |0.8b薇由計算可知=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.調增益使底波達熒光屏滿幅100%，但不飽和，作為 0dB.羅D.固定增益，調節(jié)衰減器，每次衰減2dB,并記下相應回波高度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時波高d -實測值與理想值的最人正偏差1-實測值與理想值的最大 負偏差。蝕E.計算垂直線性誤差

7、D= ( | d |+| d2 | ) %；式中:1羋ZBY230-84標準規(guī)定儀器的垂直線性誤差<=8%羈3.動態(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，調增益使底波B1達滿幅的 80%。肇C.固定增益，記錄此時的衰減余量N1，調衰減器使底波 B1將于1mm，記錄此時的衰減余量N2。肇D.計算動態(tài)范圍A =N1 -N2 =26dB莃ZBY230-84 標準規(guī)定儀器的動態(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。膈B.將探頭置于圖中所示。螄C.調增益、水平等旋鈕，觀察始波后有無獨立回波。薂D.盲區(qū)范圍的估計：探頭置于

8、 I處有獨立回波，盲區(qū)小于 有獨立回波，盲區(qū)在 510mm之間；探頭置于II處無獨立回波，盲區(qū)大于5mm ;探頭置于I處無獨立回波，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。膅B.探頭置于圖示位置的m處，前后左右移動探頭，波 A、B、Co使熒光屏上出現(xiàn)聲程為85、91、100的三個反射a 6a 羀C.當A、B、C不能分開時，則分辨力F1為:(mm)F (9185)1a b a- b -薈D.當A、B、C能分開時，則分辨力F2 為：F (912(mm)c85)6c莇JB1834-76 標準規(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)射強度至強。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），調衰減器使© 2平底孔回波達滿幅的50%，記錄此時衰減器的讀數(shù)N1=58.C.靈敏度余量 N=80-N1=22.表面聲能損失的測定實驗要求：1. 了解不同表面粗糙度探測面對透入聲能的影響2.掌握直探頭探傷時表面聲能損失值得測定方法實驗步驟:0.10直探頭探傷時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，調衰減、增益按鈕，使底波 B1達滿幅的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，調衰減器，是底

10、波達 50%，記錄衰減器讀數(shù)N2。C.計算二者表面耦合損失差二N2-N1 ( dB )。三.材料衰減系數(shù)的測定實驗要求：掌握材料綜合衰減系數(shù)的測定方法背景知識:63.2介質衰減系數(shù)公式如下63.3厚板試件介質衰減系數(shù)實驗步驟: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探頭對準厚度30mm的薄板工件底面，使B2達50%基準高，再用衰減器將B1調至50% ,調增益:1，則分質的衰減系數(shù)為（不計反射損失）a = l/40(dB/mm)B.用5.0P20Z探頭重復上述過程，測出相應的分貝差調節(jié)儀器使示波屏上出現(xiàn)B1B2底波，記錄此時所衰減的分貝值= 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扌探頭對準厚度為益使B2達50%基準高，再用 衰減器將B1調至50%，記錄此時所衰減的分貝值300mm的厚板工件底面，調節(jié)儀器使示波屏上出現(xiàn)B1B2底波，調增則分質的衰減系數(shù)為:(J.3-6(d /mm)B 400B.用 5.0P20Z探頭重復上述過程，測出相應的分貝差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)。在實際探測中長用到雙聲程衰減系數(shù)，此時分母直接為四.鋼板的縱波探傷實驗要求：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:鋼板經(jīng)過軋剛而成，大部分缺

12、陷與板面平行，鋼板探傷時一般用2.55MHZ1030mm的探頭探傷，全面或列線掃查。探傷鋼板調節(jié)靈敏度的方法有兩種。一種是利用5平底孔試塊來調，種是鋼板多次底波來調。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.缺陷波與底波同時存在;3.無底波，只有多個紊亂的缺陷波;0.5既無缺陷波，有無底波。實驗步驟:0.9采用對比試塊法A.調節(jié)掃描速度，使時基掃描線清晰明亮，并與水平刻度線重合。B1、B2分別對準 3(B.調節(jié)掃描速度探頭耦合與T=30mm鋼板試塊邊緣，調整微調和水平，式底波和60，這時掃描速度為1:1.定標后深度微調和脈沖位移就不能再動。C.測表面補償 。按

13、(二)表面聲能損失測定直探頭方法測試。D.調節(jié)起始靈敏度探頭對準100x100x46試塊上5平底孔，找到5平底孔最大回波，調節(jié)增益使5平底孔的第一次回波達滿幅的 此時衰減器讀數(shù)即為起始靈敏度50%即可，假設此時衰減器讀數(shù)為A1 ;然后再增加表面補償A dB,A0.E.掃查探測掃描前將增益讀數(shù)調到起始靈敏度A0dB.在鋼板探側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，注意探頭移動間距小于晶片尺寸，移動速度不大于現(xiàn)有回波高度超過50%刻度的卻顯示，應立刻在發(fā)現(xiàn)缺陷的位置做標記，然后繼續(xù)掃查，直至整個探 測面掃查完畢。確認有幾處缺陷，再逐一進行缺陷評定。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.記錄檢查結果，填寫實驗報告。五.超生波探傷儀與斜探頭綜合性能測試 實驗要求：掌握現(xiàn)場測試斜探頭性能參數(shù)的基本方法背景知識：斜探頭入射點是指探頭發(fā)射的聲束軸線與探頭碶塊底面的交點。入射點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。實驗步驟:0.11測定探頭的入射角如圖所示將探頭置于CSK-IA試塊上，平行移動探頭，找到最高回撥并作好記錄，量處前沿長度，求出探頭入射點丄=100-測量值0.12測定斜探頭 K值A.當探頭標稱K<=1.5時如圖a前后移動探頭，找到最大

15、回波測出XA,貝y Ka=(XA+L-35)/70B.當探頭標稱1.5<K<=2.5 時如圖前后移動探頭，找到最大回波測出XB,貝y Kb=(XB+L-35)/30重復以上步驟三次，求平均值。0.13測定靈敏度余量如圖所示，對準CSK-IA試塊的 R100曲面前后移動探頭，找到R100最大回波時固定探頭，調節(jié)衰減器按鈕使回波幅度為50%，此時衰減器讀數(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。前后移動探頭，使5mm和44mm兩個郵寄玻璃圓柱面的兩個反射回波達到等高，再通過調節(jié)衰減器使兩反射回撥達滿幅的40%，記錄此時

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

17、測出前擴散角為32-3 0o0.10測量聲束橫截面擴散角將探頭耦合在CSK-IA厚度為25mm的平面上，對準試塊的e 1.5mm橫通孔，如圖所示。首先在平面上移動探頭，趙冬豎孔回波的最大幅度時固定探頭，則孔中心到探頭入射點的距離X0=25K實，然后左右平移探頭，至回波幅度下降6 dB時 固定探頭，量出移動距離WR和WL,則左右擴散角分別為六、實驗數(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 動態(tài)范圍的測試N1=80-( 12+40 ) =28 , N2=80- ( 38+40 )=2N1N 2 =26dB有ZBY230-84標準規(guī)定儀器的動態(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，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標準規(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為A(50,180);右上坐標為B(85,180);左下邊坐標為C(50,120);右下邊的坐標為 D(85,120),;左中邊的坐標為E(50,150);右中邊的坐標為F(85,150); 上中坐標為G(67.5,180);2S=60X35=2100 mm下中坐標為 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：鋼板探傷報告(對比試塊)檢杳單位四川大學探傷人呂晨陽.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耦合劑機油探傷靈敏度52dB時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分辨力當聲程為 3m

22、m 時 S1=32 , S2=22 貝U S=46-38=10dB當聲程為2mm 時 S1=34 , S2=23 貝U S=48-40=11dB0.26縱截面前后擴散角由實驗得 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)則縱截面后擴散角;縱截面前擴散角3 2- 3 0=10.27橫截面擴散角 得0- 3 1=2 (度)0 二由實驗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，探頭移動位置不準確，可對缺陷定位產(chǎn)生影響。63.7標準試塊的長期使用使其表面狀態(tài)并非絕對平整、光滑，也可使實驗產(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）會對實驗結果產(chǎn)生影響。63.9在讀數(shù)時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，機油的涂抹不均勻，探頭在鋼板表面的移動不穩(wěn)定均可使顯示屏上的回波有影響而發(fā)生變化。總之，實驗誤差的存在可能性很多，應謹慎操作，盡量減少各種實驗誤差。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，觸發(fā)發(fā)射電路工作，產(chǎn)生高 頻電脈沖信號激勵晶片，產(chǎn)生高頻振動，并在介質內產(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：因為鋼板底部為平面，所以采用直探頭不會出現(xiàn)盲區(qū)。底波消失，可能是因為整個探頭都處于缺陷面積內，且缺陷已經(jīng)達到底表面（即下表面有傷） 0.30為什么要進行時間掃描線的調整，若是比例調整不正確，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