实验报告--超声波

四川大学实验报告书四川大学实验报告书 课程名称 实验名称 超声波探伤实 验 系别 专业 班号 姓名 学号 实验日期 2013 年 3 月 10 日 同组人姓名 教师评定成绩 一 实验名称一 实验名称 超声波探伤实验 二 实验目的二 实验目的 1 了解探伤仪的简单工作原理 2 熟悉超声波探伤仪 探头和标准试块的功用 3 了解有关超声波探伤的国家标准 4 掌握超声波探伤的基本技能 三 主要实验仪器三 主要实验仪器 CTS 22 型超声波探伤仪 试块 探头 直尺 机油 四 实验原理四 实验原理 实验中广泛应用的是 A 型脉冲反射式超声波探伤仪 仪器屏横坐标表示超声波在工件中的传播 时间 或传播距离 纵坐标表示反射回波波高 根据光屏上缺陷波的位置和高度 可以确定缺陷的 位置和大小 A 型脉冲式超声波探伤仪的工作原理 电路接通后 同步电路产生同步脉冲信号 同时 触发发射 扫描电路 发射电路被触发后产生高频脉冲作用于探头 通过探头的逆电压效应将电信 号转换为声信号 发射超声波 超声波在遇到异质界面 缺陷或底面 反射回来呗探头吸收 通过 探头的正电压效应将信号转换为电信号 并送至放大电路呗放大检波 然后加到荧光屏垂直偏转板 上 形成重叠的缺陷波 F 和底波 B 扫描电路被处罚后产生锯齿波 加到荧光屏水平偏转板上 形成 一条扫描亮线 将缺陷波 F 和底波 B 按时间展开 其工作原理图如下图所示 时标电路 同步电路 发射电路 电源电路 接收电路 时基电路 示 波 管 探头 工件 缺 陷 底 面 A型显示脉冲反射式超声波检测仪的电路原理框图 五 实验内容与步骤五 实验内容与步骤 一 超生波探伤仪的使用 仪器性能的测定 仪器与直探头综合性能测定一 超生波探伤仪的使用 仪器性能的测定 仪器与直探头综合性能测定 实验要求 1 掌握仪器主要性能 水平线性 垂直线性和动态范围的测试方法 2 掌握仪器和直探头主要综合性能 盲区 分辨力 灵敏度余量的测试方法 背景知识 1 仪器的主要性能 A 水平线性 仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度 B 垂直线性 仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度 C 动态范围 指反射信号从垂直极限衰减到消失所需的衰减量 2 仪器与探头的主要综合性能 A 盲区 从探侧面到能发现缺陷的最小距离成为盲区 其内缺陷不能发现 B 分辨力 在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力 C 灵敏度余量 指仪器与探头组合后在一定范围内发现微小缺陷的能力 D 声束扩散角 扩散角的大小取决于超声波的波长与探头晶片直径的大小 式中 D 为探头直径 为波长 D 70 0 0 实验步骤 1 水平线性的测试 A 调节有关旋钮 使时基线清晰明亮 并与水平刻度线重合 B 将探头通过耦合剂置于 CSK IA 试块上 如图所示 C 调节有关旋钮 使荧光屏上出现五次底波 B1 B5 且使 B1 B5 前沿分别对准水平刻度 2 0 和 10 0 如图所示 D 观察记录 B2 B3 B4 与水平刻度值的偏差值 a2 a3 a4 表一 测量水平线性误差 五次底波法 表一 测量水平线性误差 五次底波法 单位 单位 cmcm 底波次数 B1B2B3B4B5 水平刻度标定值 246810 实际读数 23 53 55 35 37 57 510 偏差 ai 00 50 50 70 70 50 50 E 计算水平线性误差 式中 中最大者 B 荧光屏水平满刻度值 100 8b 0 a max X 432max aaa a 由计算可知 可知该仪器的水平线性不能满足要求的可知该仪器的水平线性不能满足要求的 2 2 75 8 100 108 0 7 0 2 垂直线性的测试 A 抑制 至 0 衰减器保留 30dB 衰减余量 B 探头通过耦合剂置于 CSK IA 试块上 如图所示 并用压块恒定压力 C 调 增益 使底波达荧光屏满幅 100 但不饱和 作为 0dB D 固定 增益 调节衰减器 每次衰减 2dB 并记下相应回波高度 Hi 填入表中 直至消失 表表 2 2 垂直线性数据记录表 垂直线性数据记录表 衰减量i dB 024681012141618202224262830 回 波 高 度 实 测 绝对 波高 108 26 55 34 33 42 72 21 91 30 90 60 40 20 10 相对 波高 100826553433427221913964210 理想相对 波高 10079 4 63 150 139 831 625 120 015 812 610 07 96 35 04 03 2 表中 相对波高 100 0d id 0 i HB HB 时波高衰减 后的波高衰减 i20lg 0 i H H E 计算垂直线性误差 D 式中 1 d 2 d 负偏差 实测值与理想值的最大 正偏差 实测值与理想值的最大 d d 2 1 ZBY230 84 标准规定仪器的垂直线性误差 26dB 4 盲区的测试 A 抑制 至 0 其它旋钮位置适当 B 将探头置于图中所示 C 调 增益 水平 等旋钮 观察始波后有无独立回波 D 盲区范围的估计 探头置于 处有独立回波 盲区小于 5mm 探头置于 处无独立回波 与 处有 独立回波 盲区在 5 10mm 之间 探头置于 处无独立回波 盲区大于 10mm 一般规定盲区不大于 7mm 5 分辨力的测定 A 抑制 至 0 其它旋钮位置适当 B 探头置于图示位置的 处 前后左右移动探头 使荧光屏上出现声程为 85 91 100 的三个反射 波 A B C C 当 A B C 不能分开时 则分辨力 F1 为 mm 6 a a 8591 1 ba a b F 偏差02 6 1 92 93 22 41 92 03 20 4 1 1 9 2 3 3 3 3 2 D 当 A B C 能分开时 则分辨力 F2 为 mm a F c6 a c 8591 2 JB1834 76 标准规定分辨力不大于 6mm 6 灵敏度余量的测试 A 抑制 至 0 增益 最大 发射强度 至强 B 连接探头 探头置于图示的位置 灵敏度余量试块 200 2 平底孔试块 调 衰减器 使 2 平底 孔回波达满幅的 50 记录此时 衰减器 的读数 N1 58 C 灵敏度余量N 80 N1 22 二 表面声能损失的测定二 表面声能损失的测定 实验要求 1 了解不同表面粗糙度探测面对透入声能的影响 2 掌握直探头探伤时表面声能损失值得测定方法 实验步骤 1 直探头探伤时表面耦合损失的测定 A 将 2 5P20 探头置于对比试块 CSK A 上 调 衰减 增益 按钮 使底波 B1 达满幅的 50 将记录 衰减器 读数 N1 B 将探头移至待测试快上 固定 增益 不动 调 衰减器 是底波达 50 记录衰减器读数 N2 C 计算二者表面耦合损失差 N2 N1 dB 三 材料衰减系数的测定三 材料衰减系数的测定 实验要求 掌握材料综合衰减系数的测定方法 背景知识 1 介质衰减系数公式如下 板厚 面每次反射损失约为表面反射损失 光洁表 但必须在未扩散区内次底波高度 一般为第 次底波高度 一般为第式中 50 10 2n 2 1m mm d m n2 m n2 20lg n n m x dB BBB BBB B x B B m 2 厚板试件介质衰减系数 底面反射损失 值 扩散衰减引起的 第二次底波高 第一次底波高 式中 d 6 B2 B1 dB mm 2 6 2 620lg 1 2 B xx B B 实验步骤 1 薄板工件 板厚1 64N 衰减系数的测定 A 用 2 5P20Z 探头对准厚度为 300mm 的厚板工件底面 调节仪器使示波屏上出现 B1 B2 底波 调 增 益 使 B2 达 50 基准高 再用 衰减器 将 B1 调至 50 记录此时所衰减的分贝值3 则分质的衰减 系数为 mm d 400 6 3 B B 用 5 0P20Z 探头重复上述过程 测出相应的分贝差4 则衰减系数为 mm d 400 6 4 B 式中为单声程衰减系数 在实际探测中长用到双声程衰减系数 此时分母直接为 x 四 钢板的纵波探伤四 钢板的纵波探伤 实验要求 掌握超声波纵波检测操作的技能 掌握钢板接触探伤的方法 背景知识 钢板经过轧刚而成 大部分缺陷与板面平行 钢板探伤时一般用 2 5 5MHZ10 30mm 的 探头探伤 全面或列线扫查 探伤钢板调节灵敏度的方法有两种 一种是利用5 平底孔试块来调 一种是钢板多次底波来调 探伤中 以下几种情况记录缺陷面积 1 无底波 只有缺陷波的多次反射 2 缺陷波与底波同时存在 3 无底波 只有多个紊乱的缺陷波 4 既无缺陷波 有无底波 实验步骤 1 采用对比试块法 A 调节扫描速度 使时基扫描线清晰明亮 并与水平刻度线重合 B 调节扫描速度 探头耦合与 T 30mm 钢板试块边缘 调整微调和水平 式底波 B1 B2 分别对准 30 和 60 这时扫描速度为 1 1 定标后深度微调和脉冲位移就不能再动 C 测表面补偿 按 二 表面声能损失测定直探头方法测试 D 调节起始灵敏度 探头对准 100 x100 x46 试块上5 平底孔 找到5 平底孔最大回波 调节增益 使5 平底孔的第一次回波达满幅的 50 即可 假设此时衰减器读数为 A1 然后再增加表面补偿 dB 此时衰减器读数即为起始灵敏度 A0 E 扫查探测 扫描前将增益读数调到起始灵敏度 A0dB 在钢板探侧面上均匀涂上耦合剂 把直探头置 于钢板上作 100 扫查 注意探头移动间距小于晶片尺寸 移动速度不大于 150mm s 在扫查过程中 发现有回波高度超过 50 刻度的却显示 应立刻在发现缺陷的位置做标记 然后继续扫查 直至整个 探测面扫查完毕 确认有几处缺陷 再逐一进行缺陷评定 F 缺陷评定 a 缺陷定位 b 缺陷定量 c 缺陷面积或长度评定 G 记录检查结果 填写实验报告 五 五 超生波探伤仪与斜探头综合性能测试超生波探伤仪与斜探头综合性能测试 实验要求 掌握现场测试斜探头性能参数的基本方法 背景知识 斜探头入射点是指探头发射的声束轴线与探头碶块底面的交点 入射点至探头前沿的距 离为探头前沿长度 斜探头的折射角是指工件中的横波折射角 横波折射角的正切值成为探头的 K 值 实验步骤 1 测定探头的入射角 如图所示将探头置于 CSK IA 试块上 平行移动探头 找到最高回拨并作好记录 量处前沿长度 求 出探头入射点 L 100 测量值 X 2 测定斜探头 K 值 A 当探头标称 K 1 5 时如图 a 前后移动探头 找到最大回波测出 XA 则 KA XA L 35 70 B 当探头标称 1 5 K 2 5 时如图 b 前后移动探头 找到最大回波测出 XB 则 KB XB L 35 30 重复以上步骤三次 求平均值 3 测定灵敏度余量如图所示 对准 CSK IA 试块的 R100 曲面前后移动探头 找到 R100 最大回波时固 定探头 调节衰减器按钮使回波幅度为 50 此时衰减器读数为 S0 斜探头的相对灵敏度余量 S 80 S0 4 分辨力的测定 在 CSK IA 试块上 如图所示放置探头 前后移动探头 使5mm 和 44mm 两个邮寄玻璃圆柱面的两 个反射回波达到等高 再通过调节衰减器使两反射回拨达满幅的 40 记录此时的衰减器读数 S1 再调节衰减器使两等高的反射回波的波谷上升到满幅的 40 记下此时衰减器读数 S2 则可测出写套 头的声程差 3mm 的两个反射体的分辨力 S S2 S1 同理可测得44mm 和 40mm 两个反射声程的分辨力 5 测量声束纵截面前后扩散角 如图所示 将耦合剂在 CSK IA 试块上 并对准50 的孔 前后移动探头找到最大回波时 测量出 水平距离 X0 则声轴线的折射角为 然后在此点向前移动探头 35 30 L X0arctan 0 至回波下降 6dB 时 固定探头 用同样的方法得出扩散声束后缘折射角 1 则该斜探头声束纵截面 后扩散角为 0 1 把探头后移 用同样的方法测出前扩散角为 2 0 6 测量声束横截面扩散角 将探头耦合在 CSK IA 厚度为 25mm 的平面上 对准试块的1 5mm 横通孔 如图所示 首先在平面 上移动探头 赵冬竖孔回波的最大幅度时 固定探头 则孔中心到探头入射点的距离 X0 25K实 然后 左右平移探头 至回波幅度下降 6 dB 时 固定探头 量出移动距离 WR和 WL 则左右扩散角分别为 0 arctan 0 arctan XW XW RR LL 六 实验数据记录和处理六 实验数据记录和处理 一 超声波仪器使用 仪器性能测定 仪器与直探头综合性能测定一 超声波仪器使用 仪器性能测定 仪器与直探头综合性能测定 1 水平线性误差 数据记录如表一所示 其中 0 7 max a 可知该仪器的水平线性不能满足要求的 26dB 可知满足要求 4 盲区的测试 将探头置于图示 处有独立回波 可知盲区小于 5mm 有一般规定盲区不大于 7mm 可知该仪器满足 盲区的要求 5 分辨力的测定 将探头置于 处时 A B C 能分开 则分辨力 4 mm 其中 c 4 a 6 a F c6 a c 8591 2 有 JB1834 76 标准规定分辨力不大于 6mm 可知该仪器满足分辨力的要求 6 灵敏度余量的测试 N1 22 N 80 N1 58 二 二 表面声能损失的测定表面声能损失的测定 计算二者表面耦合损失差 N2 N1 60 54 6 dB 三 材料衰减系数的测定三 材料衰减系数的测定 1 薄板工件的衰减系数 2 5P20Z 探头 1 40 2 40 0 05 2 厚板工件衰减系数的测定 2 5P20Z 探头 3 6 400 26 6 400 0 05 四 钢板纵波探伤四 钢板纵波探伤 采用对比试块 1 表面补偿 N2 N1 8 dB 衰减量i dB 024681012141618202224262830 回波高度实 测 绝对波高 108 26 55 34 33 42 72 21 91 30 90 60 40 20 10 相对波高 100826553433427221913964210 理想相对波高 10079 463 150 139 831 625 120 015 812 610 07 96 35 04 03 2 偏差 02 61 92 93 22 41 92 03 20 4 1 1 9 2 3 3 3 3 2 2 起始灵敏度 A0 A1 60 8 52 dB 3 扫描测试时发现钢板存在一处缺陷 其深度为 10mm 且 S3 50dB 则 5mm A0 S3 dB 5mm 4dB 由于其为正 故缺陷比平底孔大 4 测得缺陷的左上边坐标为 A 50 180 右上坐标为 B 85 180 左下边坐标为 C 50 120 右下边的坐 标为 D 85 120 左中边的坐标为 E 50 150 右中边的坐标为 F 85 150 上中坐标为 G 67 5 180 下中坐标为 H 67 5 120 由此可以判断此缺陷为长方体形状 面积为 S 60X35 2100 2 mm 表三 钢板探伤报告 对比试块 表三 钢板探伤报告 对比试块 检查单位四川大学探伤人吕晨阳检查日期 2013 3 25 探伤仪名称CTS 22 超声波探伤仪探头名称圆柱形探头 探头频率 规格 2 5P20 耦合剂机油 探伤灵敏度 52dB 时基线性较差 钢板厚度 30mm 表面状态粗糙 探伤示意图 缺陷深度 10mm 缺陷大小2100 2 mm 评判结果 按 JB4730 05 级 五 五 超声波探伤仪与斜探头综合性能测定超声波探伤仪与斜探头综合性能测定 1 探头的入射点 L 100 89 90 89 3 11mm 2 探头的折射角 KB 46 49 50 3 L 35 30 0 8 3 灵敏度余量 S0 28 S 80 S0 80 28 52dB 4 分辨力 当声程为 3mm 时 S1 32 S2 22 则 S 46 38 10dB 当声程为 2mm 时 S1 34 S2 23 则 S 48 40 11dB 5 纵截面前后扩散角 由实验得 X0 102mm L 11mm 则 0 arc tan 102 11 35 30 69 度 X1 96mm 则 1 arc tan 96 11 35 30 67 度 X2 106mm 则 2 arc tan 106 11 35 30 70 度 则纵截面后扩散角 0 1 2 度 纵截面前扩散角 2 0 1 度 6 横截面扩散角 由实验得分别为 2 9mm 和 3 1mm 则 RL WW 和 6 36 度 269 2 arctan L 6 80 度 261 3 arctan R 七 误差分析七 误差分析 1 缺陷定位时 探头移动位置不准确 可对缺陷定位产生影响 2 标准试块的长期使用使其表面状态并非绝对平整 光滑 也可使实验产生误差 3 探伤仪本身误差 制造误差和使用过程中形成的误差 会对实验结果产生影响 4 在读数时由于显示屏的分辨率的视觉影响可产生读数误差以及数据记录和处理误差 5 钢板探伤中 钢板表面的不平整 机油 的涂抹不均匀 探头在钢板表面的移动不稳定均可使显示 屏上的回波有影响而发生变化 总之 实验误差的存在可能性很多 应谨慎操作 尽量减少各种实验误差 八 八 思考题与问题讨论思考题与问题讨论 1 1 超声波探伤仪所用的超声波是怎样产生的 超声波探伤仪所用的超声波是怎样产生的 答 超声波探伤仪所用超声波的产