超声检测学实验指导书.doc

超声检测学实 验 指 导 书（机电学院测控技术及仪器专业使用）彭光俊 赵志 编武汉理工大学教材中心2003年6月第一部分 A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试实验一 水平线性的测定一、实验目的学会使用超声波探伤仪，熟练掌握超声探伤系统水平线性的测试方法。二、概要水平线性即超声探伤仪对距离不同的反射体所产生的一系列回波的显示距离与反射体距离之间能够按比例方式显示的能力。A型显示超声探伤仪示波管内的电子束受与时间成线性关系的扫描电压作用，而在水平方向扫描形成时间基线。由于反射体的回波位置是在有线性刻度的时间基线标尺上读出的，因此，水平扫描线（时间基线）的非线性会引起定位误差。本测试就是为了检查超声探伤系统的时基线性。三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：2.5P 20-D型直探头，2.5P 1313 K1.5-D型斜探头 各1个电缆：QQ9-2电缆线（带接头） 1条试块：CSK-A型试块 1块耦合剂：机油 1杯工具：小螺丝刀 1把四、实验内容及步骤（一）采用直探头测定水平线性1 将探伤仪的抑制置于“0”，其它调整取适当值。2 将直探头压在CSK-A型试块的A位置，中间加适当的耦合剂，以保持稳定的声耦合，如图1-1所示。 3 调节深度范围、深度微调 和脉冲移位旋钮，使屏幕上显示出 图1-1 第6次底波。4调节粗调衰减、细调衰减和增益旋钮，当底波B1和B6的幅度分别为50%满刻度时，将它们的前沿分别对准刻度0和100（设水平全刻度为100格）。B1和B6的前沿位置在调整中如果相互影响，则应反复进行调整。5再依次分别地将底波动B2、B3、B4、B5调到50%满刻度，并分别读出底波B2、B3、B4、B5的前沿与刻度20、40、60、80的偏差2、3、4、5（以格数计），如图1-2所示，将数据填入表1-1。表1-1 水平线性测试记录底面回波次数123456水平刻度读数偏 差6取其中最大的偏差值max。则水平线性误差L为：L = | max | % 注意事项：图1-2中的B1B6是分别调到同一幅度，而不是同时达到此幅度。（二）采用斜探头测定水平线性采用斜探头测定水平线性的测试方法与采用直探头测定水平线性的测试方法相同。五、实验报告要求1 列出实验数据，计算水平线性误差。2 为什么读回波在水平标尺上的位置时应将回波幅度分别调到某一相同 高度（如满刻度的50%）？ 图1-2 3在水平线性误差很大的情况下，如何较精确地测定反射体深度？4水平线性误差影响什么？实验二 垂直线性的测定一、实验目的熟练掌握超声探伤系统垂直性的测试方法。二、概要垂直线性即超声探伤仪的接收信号与荧光屏所显示的反射波幅度之间能按比例方式显示的能力。当需要根据回波幅度评定缺陷时，A型显示超声波探伤仪荧光屏上显示出的信号幅度与输入到放大器的信号幅度是否呈线性关系具有重要意义。本测试是为了检查超声探伤仪增益线性和衰减器精度两者的综合效果。三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：2.5P 20-D型直探头，2.5P 1313 K1.5-D型斜探头 各 1个电缆：QQ9-2电缆线（带接头） 1条试块：DB-PZ20-2型试块 1块耦合剂：机油 1杯工具：小螺丝刀 1把四、实验内容及步骤（一）采用直探头测定垂直线性1 探伤仪的抑制置于“0”，其它调整取适当值。2 将直探头压在DB-PZ20-2型试块的上表面中心位置，中间加适当的耦合剂，并将平底孔的回波调至屏幕上时基线的近中央处，如图2-1所示。 3 调节粗调衰减、细调衰减、增益和探头位置，使平底孔的回波高度恰为100%满刻度，此时细调衰 减器至少应有30dB的衰减余量。 图2-1 4以每次2dB的增量调节细调衰减，每次调节后，用满刻度的百分值记下回波幅度，一直继续到衰减值为26dB，测量精度为0.1%。将测试结果列入表2-1。测试值与波高理论值之差为偏差值。5从表中取最大正偏差d（+）和最大负偏差d（）的绝对值之和为垂直线性误差d（以百分值计），它由下式给出：表2-1 垂直线性测试记录衰减量（dB）波高理论值（%）测试值（%）偏 差（%）回波的消失情况0100.0279.4463.1650.1839.81031.61225.11420.01615.81812.52010.0227.9246.3265.02830(二)采用斜探头测定垂直线性采用斜探头测定垂直线性，斜探头应放置在试块侧面，测试方法与采用直探头时相同。五、实验报告要求1列出实验数据，计算垂直线性误差。2用本实验所述方法测定垂直线性有何不足之处？3要准确测定仪器的垂直线性应采用什么方法？4垂直线性误差影响什么？ 实验三 斜探头入射点的测定一、实验目的熟练掌握斜探头入射点的测试方法。二、概要用横波斜探头确定反射体的位置时，必须了解探头的入射点。在斜射探伤中，超声束的中心入射于探伤面的一点，即为斜探头的入射点。本测试是为了测定斜探头声束中心在入射探伤面上的位置（入射点）。三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：2.5P 1313 K1.5-D型斜探头 1个电缆：QQ9-2电缆线（带接头） 1条试块：CSK-A型试块 1块耦合剂：机油 1杯四、实验内容及步骤1将斜探头压在CSK-A型试块上如图3-1所示的位置，中间加适当的耦合剂以保持稳定的声耦合。使声束朝向R100的曲面，并在探头声束轴线与试块侧面保持平行的情况下前后移动探头，至曲面回波的幅度达到最大。图3-1 2读出试块上R100圆心标记线所对应的探头侧面刻度，此刻度位置即斜探头的入射点，读数应精确到0.5。五、实验报告要求1怎样利用入射点来定位缺陷？2直探头需要测试入射点吗？为什么？实验四 斜探头折射角或K值的测定一、实验目的熟练掌握斜探头折射角或K值的测试方法。二、概要用横波斜探头确定反射体位置时，必须知道探头的真实折射角或K值。折射角即折射波的传播方向和入射点处的探伤面法线之间的夹角。本测试是为了测定斜探头声束入射于探伤面时的折射角（）或斜探头的K（K=tg）值。三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：K1.03.0型斜探头 1个电缆：QQ9-2型电缆线（带接头） 1条试块：CSK-A型试块 1块耦合剂：机油 1杯四、实验内容及步骤（一）斜探头折射角的测定1根据斜探头折射角的不同标称值，把探头压在CSK-A型试块上的不同位置，如图4-1所示，中间加适当的耦合剂以保持稳定的声耦合。图4-1 a当折射角为3466时，探头放在图4-1（a）的位置，使用50孔的回波进行测定。 b当折射角为6075时，探头放在图4-1（b）的位置，使用50孔的回波进行测定。c当折射角为7480时，探头放在图4-1（c）的位置，使用1.5孔的回波进行测定。在探头声束轴线与试块侧面保持平行的情况下前后移动探头，使回波达到最大。2读出探头入射点在试块侧面上所对应的角度刻度值，此刻度值即为斜探头的折射角，读数应精确到0.5度。3计算K值 K=tg表4-1 K值和折射角的对应值K0.81.01.52.02.53.038394505619632668127134(二)斜探头K值的测定1使用CSK-A型试块可以直接测定斜探头的K值。将斜探头压在试块上的不同位置如图4-1中的（a）和（b），中间加适当的耦合剂以保持稳定的声耦合。a. 当K值为1.01.5时，探头放在图4-1（a）的位置，使用用50孔的回波进行测定。b. 当K值为2.03.0时，探头放在图4-1（b）的位置，使用用50孔的回波进行测定。2在探头声束轴线与试块侧面保持平行的情况下前后移动探头，使回波达到最大。3从探头入射点在试块侧面所对应的刻度值即可直接读出斜探头的K值。五、实验报告要求1用本实验所述的两种测定K值的方法对同一探头测得值是否相同？为什么？2K值测定时对试块有何要求？第二部分 距离波幅曲线的测绘实验五 纵波距离波幅曲线的测绘一、实验目的熟练掌握运用CS-2型平底孔试块测绘纵波距离波幅曲线的方法。二、概要在超声探伤中，由于材料或工件中自然缺陷的形状、性质各不相同，所以目前还很难确定缺陷的真实大小。为此多采用“当量法”对缺陷进行定量，即将自然缺陷与形状规则的人工缺陷相比较，当所发现的自然缺陷的回波高度与同样探测条件下某个人工缺陷的波高相等时，该人工缺陷的尺寸即称为所发现的自然缺陷的当量尺寸。本实验通过对一组探测深度和孔径不同的标准试块进行实测，绘制不同大小的人工缺陷在不同声程时相对波高变化的曲线，即距离一波幅一当量曲线，简称“AVG线图”。这样一系列曲线可以用来对缺陷进行定量。三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：2.5P 20-D型直探头 1个电缆：QQ9-2电缆线（带接头） 1条试块：CS-2型试块 1组耦合剂：机油 1杯工具：小螺丝刀，钢卷尺 各1把CS-2型试块的结构尺寸如图5-1所示。L：25，50，75，100，125，150，200，250，300，400，500。 d：2，3，4，6，8，。 四、实验内容及步骤1将探伤仪的抑制置于“0”。3 调整扫描速度。（即荧光屏上水平刻度值与实际声程的比例关系。）因为最大声程Lmax =500+25=525，所以扫描速度应调为16。方法如下：将直探头压在厚度为100的试块上表面四分之一直径的位置，如图5-2所示，中间加适当的耦合剂。调节深度 图5-1 范围、深度微调和脉冲移动旋钮，使荧光屏上出现6次回波，并使第三次和第六次回波的前沿分别对准水平刻度“5”和“10”。图5-2 图5-33调起始灵敏度（1）将衰减置于合适位置（对于2，3，4，6，8平底孔试块置于“0”，对于平底试块置于20dB）。（2）将直探头压在一组CS-2型试块中声程最大的试块的圆心位置，中间加适当的耦合剂，如图5-3所示。移动探头使平底孔回波最高，调节增益，使该回波高度达到基准高度（即垂直满刻度的50%），记录此时的L和dB数，在以后的测试过程中，增益固定。4测试将探头分别置于该组各个不同声程试块上的圆心处，中间加适当的耦合剂，移动探头找平底孔最高回波。找到后，调节衰减，使回波幅度达到基准高度，并记录相应的L和dB的数。5按照上述方法，测试其它孔径的试块。6将所测数据填入下表。表5-1 距离、波幅测试记录表L（）dB（）500400300250200150125100755025234687绘制曲线以L为横座标，相对波高（dB）为纵座标，在座标纸上绘制距离-波幅曲线。图中应注明人工缺陷大小（即平底孔直径），探头直径及频率等。五、注意事项1抑制应置于“0”。2灵敏度调好后，增益固定，只能调节衰减。3探测时必须找到平底孔的最高回波。4平底孔的回波在一次底波前25处，注意辨认。5测试过程中，防止摔坏仪器、探头和试块。请注意安全。六、实验报告要求1列出实验数据，根据实验结果绘制曲线。2比较测试结果与实际平底孔大小的误差，分析产生测试误差的原因，分析近场区情况。实验六 横波距离波幅曲线的测绘一、实验目的熟悉超声波探伤相关标准，熟练掌握运用RB-3型试块测绘横波距离波幅曲线的方法。二、概要横波距离波幅曲线表明某种反射体的探测距离与回波高度的关系，在焊缝探伤中用以调节仪器的灵敏度和对缺陷进行定量。根据超声波探伤标准，规定该曲线由判废线RL，定量线SL和评定线EL组成，不同验收级别的各线灵敏度见表6-2。表中的DAC是以 3标准反射体绘制的距离波幅曲线（即DAC基准线），评定线以上至定量线以下为I区（弱信号评定区），定量线至判废线以下为II区（长度评定区），判废线以上为III区（判废区）。本实验将在RB-3型试块上实测，并绘制这些曲线。三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：2.5P 1313 K1.5-D型斜探头 1个电缆：QQ9-2电缆线（带接头） 1条试块：RB-3型试块 1块耦合剂：机油 1杯工具：小螺丝刀，300钢尺 各1把四、实验内容及步骤1按深度11调整扫描速度（即荧光屏上水平刻度值与实际深度的比例关系）。（1）在RB-3型试块上选择两个不同深度的横孔，两孔的深度差要较大。本实验选择深度分别为20和80的孔。（2）将探头压在RB-3型试块上，中间加适当的耦合剂，让探头声束分别对准深度20和80的横孔，如图6-1所示。调节深度范围和衰减，找到孔的最大回波。图6-1 图6-2 （3）调节深度微调和脉冲移位旋钮，使它们的回波前沿分别对准水平刻度“2”和“8”的位置，如图6-2所示。2确定起始灵敏度（1）将抑制置于“0”。（2）将衰减置于适当位置。一般探头对准H=60的孔，衰减预置30dB左右。（3）调节增益旋钮，使处于60深的横孔回波为垂直满刻度的50%，记录此时的深度H和dB数。在以后的测试过程中，增益固定。 3测试将探头分别对准深度为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100的孔，并调节衰减旋钮，分别使其回波高度达垂直满刻的50%。记录每次相应的衰减器读数，将数据填入下表。表6-1 距离、波幅测试记录表H（）102030405060708090100dB 4绘制曲线 （1）以深度H为横座标，相对波高（dB）为纵座标，在座标纸上将表6-1中的各点连成圆滑曲线，该曲线即为 3横孔DAC曲线（基准线）。（2）根据表6-2规定的各线灵敏度和被探测板厚的要求，在基准线下分别绘出判废线RL，定量线SL和评定线EL，并标明波幅的分区。表6-2 距离波幅曲线的灵敏度 级别板厚DACABC850（）8300（）8300（）判废线DACDAC4 dBDAC2 dB定量线DAC10dBDAC10 dBDAC8 dB评定线DAC16 dBDAC16 dBDAC14 dB（3）在绘制好的曲线图上标明仪器编号，探头频率，K值、晶片尺寸及试块上人工缺陷（横孔）的大小。五、注意事项1抑制应置于“0”。2灵敏度调好后，增益固定，以后测试时只能调节衰减。3探测时必须找到横孔的最高回波。4试块很重，表面又滑，测试过程中试块翻面时应十分小心，注意安全。六、实验报告要求1列出实验数据，根据实验结果绘制曲线。2分析产生误差的原因，分析近场区情况。第三部分 试件的检验实验七 焊缝超声波探伤一、实验目的熟练掌握横波探测焊缝缺陷的方法。二、概要平板对接焊缝中的缺陷如气孔、夹渣、未焊透等都呈体积型，有一定的大小。一般说来，从任何方向入射其上的超声波都有相当大的反射，但裂纹、未熔合这类缺陷以其一定的取向，须选择合适的入射方向。锅炉、钢制压力容器，电厂管道和船舶等对接焊缝的超声波探伤，一般应用斜探头发射的超声波倾斜入射焊缝，以探测其内部缺陷。 三、实验用品仪器：CTS-22型超声波探伤仪 1台探头：2.5P 1313 K1.5-D型斜探头 1个试块：RB-3型试块，参比试块 各1块量具：钢尺 1支试件：双面焊平板对接焊缝试件 1块耦合剂：机油 1杯四、实验内容及步骤1按深度11调整扫描速度。（方法同实验六）2距离波幅曲线的校正。（利用实验六测绘的横波距离波幅曲线。）（1）根据被探工件的最大深度，从距离波幅曲线上查得对应的3横孔的dB数，衰减旋钮调至此dB值。（2）探头压在RB3试块上，中间加适当的耦合剂。移动探头，找出相应深度的孔的最高回波。（3）调节增益旋钮，使回波达到基准高（垂直满刻度的50%）。3测试表面声能补偿量。（1）将斜探头置于参比试块（该试块的表面粗糙度与被探材料的表面粗糙度一致，结构尺寸与RB-3型试块相同。）上的A处，对准一孔（如H=60的孔），如图7-1所示。衰减器预置30dB，调节增益旋钮，使H=60的横孔回波为满幅度的50%，记下此时衰减器的读数N1。（2）将探头移至RB-3型试块上的相应位置处，只调节衰减旋钮，使3横孔的最大反射波也为满幅度的50%，如图7-2所示。记下此时衰减器的读数N2。（3）表面声能补偿量 4灵敏度的调整 图7-1 （1）在距离波幅曲线上查找探测深度与评定线对应的dB数N。图7-2 图7-3（2）将衰减器置于，灵敏度即调整完毕。（也可以在距离波幅曲线上将判废线，定量和评定线同时向下平移）。5粗探斜探头垂直于焊缝中心