超声波仪器、探头性能指标及其测试方法

1 超声波仪器 探头主要组合的性能测定超声波仪器 探头主要组合的性能测定 主要性能测试项目及其性能指标主要性能测试项目及其性能指标 仪器 灵敏度余 量 垂直线性误差 动态范 围 分辨力 水平线性 误差 探测范围 通用仪器 46dB 6 26 dB 26 dB 2 数字仪器 60 dB 3 6m 探头频率误差 相对灵敏度余 量 分辨力声轴偏斜角 折射角误 差 直探头 15 40dB 26 dB 1 5 斜探头 15 60dB 18 dB 4 小角度探头 15 50dB 16 dB 2 不动车专用 75dB 一 超声波探伤仪主要性能测试方法一 超声波探伤仪主要性能测试方法 1 电噪声电平 仪器灵敏度置最大 发射置强 抑制置零或关 增益置最大 衰减器置 0 深度粗调 深度微调置最大 读取时基线噪声平均值 用百分数表示 2 灵敏度余量 dB a 使用 2 5MHz 20 直探头和 CS 1 5 或 DB PZ20 2 型标准试块 b 连接探头并将仪器灵敏度置最大 发射置强 抑制置零或关 增益置 最大 若此时仪器和探头的噪声电平 不含始脉冲处的多次声反射 高于满辐 的 10 则调节衰减或增益 使噪音电平等于满辐度的 10 记下此时衰减 器的读数 S0 图 1 直探头相对灵敏度 灵敏度余量 测量 c 将探头置于试块端面上探测 200mm 处的 i2 平底孔 如图 17 所示 移 2 动探头使中 2 平底孔反射波辐最高 并用衰减器将它调至满辐度的 50 记下此时衰减器的微 Sl 则该探头及仪器的探伤灵敏度余量 S 为 S S1 S0 dB 3 垂直线性误差测量 垂直线性误差测量 1 连接探头并在试块上探测任一反射波 一般声程大于 50mm 作为参照 波 如图 2 所示 调节探伤仪灵敏度 使参照波的辐度恰为垂直刻 度的 100 且衰减器至少有 30dB 的余量 测试时允许使用探头 压块 图 2 垂直线性误差测量 2 用衰减器降低参照波的辐度 并依次记下每衰减 2dB 时参照波辐度的读数 直至衰减 26dB 以上 然后将反射波辐度实测值与表 l 中的理论值 相比较 取最大正偏差 d 与最大负偏差 d 则垂直线性误差 d 用式 1 计算 d d d 1 3 在工作频率范围内 改用不同频率的探头 重复 1 和 2 的测试 表 1 衰减量dB 02468101214161820222426 波高理论值 100 79 4 63 1 50 1 39 8 31 6 25 1 20 0 15 8 12 5 10 0 7 96 3 5 0 实测值 4 动态范围的测量 动态范围的测量 dB 1 连接探头并在试块上探测任一反射波 一般声程大于 50mm 作为参照 波 2 调节衰减器降低参照波 并读取参照波辐度自垂直刻度的 100 下降 3 至刚能辨认之最小值 一般约为 3 5 时衰减器的调节量 此调节 量则定为该探伤仪在给定频率下的动态范围 3 按 1 和 2 条方法 测试不同频率不同回波时的动态范围 5 水平线性误差测量 水平线性误差测量 1 连接探头 并根据被测探伤议中扫描范围档级将探头置于适当厚度的 试块上 如 DB D1 DB Pz20 2 CSK 1A 试块等 如图 3 所 示 再调节探伤仪使之显示多次无干扰底波 2 在不具有 扫描延迟 功能的探伤仪中 在分别将底波调到相同辐度 的条件下 使第一次底波 B1 的前沿对准水平刻度 2 第五次底波 B5 的前沿对准水平刻度 10 然后依次将每次底波调到上述相同 辐度 分别读取第二 三四次底波前沿与水平刻度 4 6 8 的偏差 Ln 如图 4 所示 然后取其最大偏差 Lmax 按式 2 计 算水平线性误差 L 式中 L 水平线性误差 B 水平全刻度读数 图 3 水平线性误差测量 图 4 水平线性误差测量 3 在具有 扫描延迟 功能的探伤仪中 按 2 条的方法 将底波以前沿 对准水平刻度 0 底波 B6前沿对准水平刻度 l0 然后读取第二 至第五次底波中之最大偏差值 Lmax 再按式 3 计算水平线性误差 4 L 4 在探伤仪扫描范围的各档级 至少应测试一种扫描速度下的水平线性 差 6 分辨力的测量 分辨力的测量 dB 使用 2 5MHz 20 直探头 a 仪器抑制置零或关 其它旋钮置适当位置 连接探头并置于 CSK IA 标准试块上 探测声程分别为 85mm 和 91mm 反射面的反射波 如图 9 所示 移动探头使两波等高 图 9 直探头分辨力的测量 b 改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的 100 然后测量波谷高度 h 则该探头的分辨力 R 用下式计算 R 20lg 100 h 若 h 0 或两波能完全分开 则取 R 30dB 二 二 超声探头的测试方法超声探头的测试方法 1 探头回波频率及频率误差测量 探头回波频率及频率误差测量 1 直探头回波频率的测试 a 连接被测探头并置于 l 号标准试块 25mm 厚度处 使第一次底波最高 b 用示波器在探伤仪的接收输入端观察底波 B1的扩展波形 如图 8 在 此波形中 以峰值点 P 为基准 读出在其前一周期 后两个周期共计三个周 期的时间 T3 根据 fe 3 T3 计算回波频率 fe 再按下式计算回波频率误差 5 口 fe fe f0 f0 100 7 式中 fe 回波频率误差 f0 探头的标称频率 图 8 探头回波频率测量 2 斜探头回波频率的测量 仪器连接及调节度与直探头相同 将探头置于 1 号试块上探测 R100 圆 弧面的最高回波 其余步骤与直探头相同 2 分辨力 分辨力 纵向纵向 测量测量 1 直探头分辨力的测量 a 仪器抑制置零或关 其它旋钮置适当位置 连接探头并置于 CSK IA 标准试块上 探测声程分别为 85mm 和 91mm 反射面的反射波 如图 9 所示 移动探头使两波等高 图 9 直探头分辨力的测量 b 改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的 100 然后测量波谷高度 h 则该探头的分辨力 R 用下式计算 R 20lg 100 h 8 1 若 h 0 或两波能完全分开 则取 R 30dB 2 斜探头分辨力的测量 6 a 如图 10 所示 探头置于 CSK 一 1A 试块的 K 值测量位置 耦合良好 探测试块上 A 50 B 44 两孔的反射波 移动探头使两波等高 b 调节衰减器和增益 使 A B 西波波辐同时达到满辐度的 100 然 后测量波谷高度 h 则该探头的分辨力 R 用式 8 计算 c 若 h 0 或两波能完全分开 则取 R 30dB 图 10 斜探头分辨力的测量 3 小角度探头分辨力的测量 将探头置于 K 1 5 的位置 其余测试步骤同斜探头分辨力的测量 3 直探头声轴偏斜角的测量 直探头声轴偏斜角的测量 1 在 DB H1试块上选取深度约为 2 倍被测探头近场长度的横通孔 2 标出探头的参考方向 将探头几何中心轴对准横通孔中心轴 然后使 探头沿 x 方向在试块中心线上移动 测出到孔波最高点时探头的移动距离 D 其中孔波辐度最高点在 x 方向时加上 号 在 x 方向时加上 号 如 图 1l 图 11 直探头声轴偏斜角的测量 7 3 继续沿 x 方向移动探头 分别测出孔波辐度最高点至孔波辐度下降 6dB 时 探头的移动距离 W x 和 w x 4 使探头沿 y 方向对准试块中心线移动 按上两条的方法测出 Dy W y 和 W y 6 Dx Dy 表示了声轴的偏移 W x W x W y 和 Wy 表示了声束宽度 读数精确到 1mm 按下式计算声轴的偏斜角 4 斜探头 小角度入射点的测定 斜探头 小角度入射点的测定 1 横波斜探头 连接被测探头并置于 CSK 一 1A 型标准或 CSK I 型标准试块上探测试 块 R100 圆弧面 如图 12 所示 前后移动探头并保持探头与试块侧面平行 使 R100 圆弧面的回波辐度达到最高 则此时 R100 圆心刻线所对应的探头侧 棱上的点的即为探头的入射点 读数精确到 0 5mm 图 12 入射点的测定 2 小角度纵波探头 调整仪器各旋钮使屏幕显示正常 将被测探头置于 TZS R 试块的 R 面 上 图 13 探测试块 A 面下棱角 前后移动探头 并注意保持探头声束与试块 侧面平行 使 A 面下棱角回波达到最高 记下此时探头前沿至试块前端以端 的 距离为然后用二次反射被探测 A 面上棱角 同样前后移动探头 使 A 面上 棱角回波达到最高 记下此时探头前沿至试块前端 A 端 的距离 XZ 则探头 8 前沿至入射点的距离为 a x2 2xl 5 斜探头折射角的测量 测试设备 a 探伤仪 b l 号标准试块 C 刻度尺 测试步骤 将探头置于 1 号标准试块上 当 K 1 5 时 探头放在如图 10 a 位置 观 察 50mm 孔的回波 1 52 5 时 则观察图 10 c 的 1 5mm 横通孔的回波 前后移 动探头 直到孔的回波最高时固定下来 然后在试块上读出按 3 2 5 测得的 入射点相对应的角度刻度 即为被测探头折射角 读数精确到 0 5 图 10 按下式计算 K 值 K tg 式中 折射角 2 小角度纵波探头 K 值和 角的测定 在小角度探头的 K 值和 角测定之前 应首先测定探头的前沿距离 a 然后再按图 15 和图 16 所示方法 在 TZS R 试块的 c 面或 B 面进行测 试 当找到端面 A 面 上棱角的最大反射波高时 则探头的 K 值和 w 角用下 式计算 当探头入射角在 6 8 时 如图 15 k X a 200 11 arctg k 9 当探头入射角在 9 11 时 如图 16 k X a 80 12 p arctg k 图 15 图 16 小角度探头人射角 和折射角 对应关系如表 3 斜块声速取 2730m s 表 3 入射角 5 6 7 8 9 10 11 12 折射角 10 86 13 06 15 27 17 5 21 76 22 04 24 35 26 7 6 6 相对灵敏度相对灵敏度 1 直探头 等同于探伤灵敏度余量 a 使用 2 5MHz 20 直探头和 CS 1 5 或 DB PZ20 2 型标准试块 b 连接探头并将仪器灵敏度置最大 即发射置强 抑制置零或关 增益 置最大 若此时仪器和探头的噪声电平 不含始脉冲处的多次声反射 高于满 辐的 10 则调节衰减或增益 使噪音电平等于满辐度的 10 记下此时衰 减器的读数 S0 图 17 直探头相对灵敏度 灵敏度余量 测量 10 c 将探头置于试块端面上探测 200mm 处的 2 平底孔 如图 17 所示 移动探头使中 2 平底孔反射波辐最高 并用衰减器将它调至满辐度的 50 记下此时衰减器的微 Sl 则该探头及仪器的探伤灵敏度余量 S 为 S S1 S0 dB 13 2 斜探头相对灵敏度测试 连接好被测试斜探头并按直探头的方法测量噪声电平 S0 然后将探头并 置于 CSK 1A 标准试块上探测 R100 圆弧面 如图 18 耦合良好并保持声束 方向与试块侧面平行 前后移动探头 使 R100 圆弧面的一次回波辐度最高 将其衰减至满辐度的 50 此时衰减器的读数为 S2 则斜探头的相对灵敏度 S 为 S S2 S0 dB 14 图 18 斜探头相对灵敏度测量 3 小角度纵波探头 测量方法同横波探头的情况 只不过基准反射面由 CSK 1A 试块上的 R100 圆弧面改为 DB H2试块上 3 80 横孔 如图 19 所示 前后移动探头 使孔波达到最高 并用衰减器将其调至满刻度的 50 记下此时衰减器的读 数 S3 则 S3 S0 的差值即为被测探头的相对灵敏度 测量时注意保持探头 侧面与试块侧面平行 11 图 19 小角度探头相对灵敏度测量 7 空载始波宽度测量 1 直探头空载始波宽度 a 探头置 1 号 或 CSK 1A 试块高 100mm 的探测面上 使底波 B1 和 B2的前沿分别对准水平刻度的 5 和 10 即水平刻度全长代表钢中纵 波声程 200mm b 探头移置 DB PZ20 2 试块或 CS 1 5 试块上 仪器的调整度置 灵敏度余量测试状态 将探头置于空气中 擦去探头表面油层 水平刻度的 0 点至始波后沿与垂直刻 20 线的交点所对应的水平距离 Wo 即为空载 始波宽度 用钢中纵波的距离表示 如图 20 所示 2 斜探头空载始波宽度 a 连接直探头并将其置于 1 号 或 CSK 1A 标准试块高 91mm 的探 测上 调节 扫描 和 移位 旋钮 使底波 B1 B2的前沿分别对准水平刻 度的 5 和 10 并使第二次底波辐度为垂直刻度的 50 80 此时水平刻 度线全长代表钢中横波声程 100mm 也可用被测斜探头直接探测 CSK 1A 试块上 R50 和 R100 圆弧面 调节仪器 扫描 和 移位 旋钮 使两波的前沿分别对准水平刻度的 5 和 10 水平刻度线全长代表钢中横波声程 100mm b 换上待测斜探头 仪器调整度置斜探头相对灵敏度测试状态 在声束方向与试块侧面保持平行的条件下前后移动探头 使 1 号 或 CSK 1A 试块 R100 圆弧面的第一次回波最高 调节衰减器使回波辐度为垂 12 直刻度的 50 然后调节水平旋钮 使回波前沿对准刻度 10 c 将探头置于空气中 擦去探头表面油层 使仪器增益 40d