实验报告--超声波

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、实验名称超声波探伤实验二、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CTS-22型超声波探伤仪 试块 探头 直尺 机油四、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：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B1B5,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）（单位：cm）底波次数B1B2B3B4B5水平刻度标定值246810实际读数23.55.37.510偏差ai00.50.70.50E.计算水平线性误差 式中：中最大者；B-荧光屏水平满刻度值。由计算可知= 可知该仪器的水平线性不能满足要求的=2%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2：垂直线性数据记录表衰减量i/dB024681012141618202224262830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表中：相对波高%= E.计算垂直线性误差 D=（|+|）%；式中：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510mm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：D.当A、B、C能分开时，则分辨力F2为：（mm）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 2.厚板试件介质衰减系数 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B1B2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： 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2.55MHZ1030mm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100x100x46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 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X2.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)/70B.当探头标称1.5K=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，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1.水平线性误差 数据记录如表一所示，其中|=0.7 = 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 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 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1.薄板工件的衰减系数 2.5P20Z 探头：=1/40=2/40=0.052.厚板工件衰减系数的测定 2.5P20Z探头：=（36）/400=(26-6)/400=0.05四钢板纵波探伤采用对比试块1.表面补偿=N2-N1=8(dB)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评判结果（按JB4730-05） 级五 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=11mm2.探头的折射角 KB=(46+49+50)/3+L-35/30= 0.83.灵敏度余量 S0=28 S=80-S0=80-28=52dB4.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=11dB5.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 tan96+11-35)/30=67（度） X2=106mm 则2=arc tan106+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 =6.36（度） =6.80（度）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、 思考题与问题讨论1.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