「超声波探伤实验讲义 附[参照提供]」.doc

超声波探伤实验目的（一）、学习焊接接头超声波检验的基本方法；（二）、掌握焊接接头的超声波纵波探伤法；（三）、观察和分析探伤波形，测定焊接缺陷的位置和大小了解缺陷性质的波形分析法。二、实验装置及实验材料 （一）超声波探伤仪（CTS-22型） 一台 （二）探头 一套 （三）标准试块 一块（四）人工缺陷试块 三块（五）焊接接头试块 三块（六）稳压电源 一台（七）耦合剂（20号机油） 一瓶（八）钢板尺（150mm） 一把三、实验原理超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理特性来发现物体内部缺陷的一种方法。目前我国应用最多的超声波探伤法是脉冲反射法。这种方法的探伤原理是，当脉冲超声波入射到被测试件，在材料内部传播，遇到缺陷和材料基体界面时，由于声阻抗的差异发生波反射。脉冲反射法探伤便是根据显示在探伤仪荧光屏上的反射波来判断事件内部缺陷位置、性质和大小。这种方法根据探伤所用的波的类型不同，又可分为纵波法、横波法、表面波法和极波法等。本实验采用纵波法探伤和横波法探伤。纵波法探伤纵波法探伤时，把直探头放在试件的探测面上，使探头发射的超声波垂直于探测面入射到试件内。入射的部分声波遇到缺陷界面被反射回来，其余部分的入射声波被继续传播到试件底面才被反射回来。这时，探伤仪荧光屏上会显示出起始波T、缺陷波F和底波B。如果探伤仪具有良好的时基线性，便可利用T、F和B三个波之间的距离来确定缺陷在试件内部的位置。横波探伤法当超声波倾斜射入到试件探测表面上时，波形将发转变而产生横波。若试件内部无缺陷，声波将会在试件上、下表面反射，形成“W”形路径，荧光屏上只显示起始波。如果试件内部有缺陷，声波还将在缺陷表面反射，产生缺陷波。声束若达到试件端角，则荧光屏上呈现出端角波。缺陷的位置可根据探头的折射角、入射位置和声程来确定。四、试验条件、方法及步骤（一）超声波探伤仪的使用方法1把探伤仪接上稳压电源，闭合仪器面板上的电源开关。2接上探头。3调节探伤仪的“辉度”、“聚焦”、“扫描水平和垂直位置”旋钮，并使起始波的前沿对准标尺零点。4清理时间表面，涂上耦合剂。5调节“深度”旋钮；把“微调”控制旋钮调到零位；把“粗调”控制旋钮调到和试件厚度6相当的档数；适当调节“微调”旋钮，以便测读荧光屏上底波位置。7用标准试块检验仪器的时基线性、斜探头入射点、折射角、扫描速度和校正零点。8校验试件和焊件的缺陷。9探伤完毕后切断电源，卸下探头。（二）仪器性能的测定（水平线性的测定）水平线性又称时基线性，他表征探伤仪在示波屏时间轴上按比例显示底面多次回波的能力。对仪器而言，它主要取决于扫描锯齿波的线性和示波管显示图形畸变程度，在使用上，水平线性误差影响测距精度。测试方法：（1）将直探头置于CSK-A (或其他试块)上，对准25mm厚的大平底面，如图3.40(a)（2）调微调、水平或脉冲移位等旋钮，使示波屏上出现五次底波B1到B5，且使B1前沿对准2.0，B5对准10.0，如图3.40(b)。记录B2、B3、B4与水平刻度40、60、80偏差值a2、a3、a4（3）计算水平线性误差 式中mx-a2、a3、a4中最大者；b-示波屏水平满刻度值。（三）探头的选择超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构型式也不一样。探伤前应根据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头。1、探头型式的选择常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。1）纵波直探头只能发射和接收纵波，束轴线垂直于探测面，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。 2）横波斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。主要用于探测与深测面垂直或成一定角的缺陷。如焊缝生中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。2、探头晶片尺寸的选择1）探头圆晶片尺寸一般为10-30mm，晶片大小对探伤也有一定的影响，选择晶片尺寸时要考虑很多因素。一般（1）探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效率宜选用大晶片探头。（2）探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。（3）探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。（4）探伤表面不太平整，曲率较大的工件时，为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。（四）频率的选择超声波探伤频率在O.510MHz之间，选择范围大。一般选择频率时应考虑以下因索。（1）由于波的绕射，使超声波探伤灵敏度约为 ，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。（2）频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。（3）频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。（4）频率高，波长短，近场区长度大，对探伤不利。（5）频率增加，衰减急剧增加。由以上分析可知，频率的离低对探伤有较大的影响。频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对探伤有利。但频率高，近场区长度大，衰减大，又对探伤不利。实际探伤中要全面分析考虑各方面的因索，合理选择频率。一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选用较低的频率。对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率，常用2.5-5.0MHz。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用O.5-2.5MHz。如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现林状回波，信噪比下降，甚至无法探伤。 （五）耦合剂的选择耦合剂是指为了提高耦合效果，在探头与工件表面之间施加的一层透声介质。有排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入工件，达到探伤的目的。此外耦合剂还有减少摩擦的作用。耦合剂要满足：1）能润湿工件和探头表面，流动性、粘度和附着力适当，不难清洗。2）声阻抗高，透声性能好。3）来源广，价格便宜。4）对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。5）性能稳定，不易变质，能长期保存。（六）、纵波(直探头)探伤时缺陷位置及大小缺陷位置测定：仪器按1:n调节纵波扫描速度，缺陷波前沿所对的水平刻度值为f、测缺陷至探头的距隔xf为： 探头波束轴线不偏离，则缺陷正位于探头中心轴线上。缺陷大小的测定（6dB法）； 6dB法的具体体做法是：移动探头找到缺陷的最大反射波后，调节衰减器，使缺陷波高降至基准波高。然后用衰减器将仪器灵敏度提高6dB，沿缺陷方向移动探头，当缺陷波高降至基准波高时，探头中心线之间距离就是缺陷的指示长度。五、实验结