《超声波探伤实验指导》(校本教材)

....页脚《超声波探伤》试验指导书试验一 超声波探伤仪的使用和性能测试一、试验目的1、了解A2、把握A3法。4、把握盲区、区分力和灵敏度余量等综合性能的测试方法。二、超声波探伤仪的工作原理目前在实际探伤中，广泛应用的是A伤仪。这种仪器荧光屏横坐标表示超声波在工件中传播时间(或传播距离)，纵坐标表示反射回波波高。依据荧光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。A的根本电路大体一样。下面以CTS-22型探伤仪为例说明A型脉冲超声波探伤仪的根本电路。CTS-221.1所示。各电路的主要功能如下：同步电路：产生一系列同步脉冲信号，用以把握整台仪器各电路按统一步调进展工作放射电路：在同步脉冲信号触发下，产生高频电脉冲，用以鼓舞探头放射超声波。接收放大电路：将探头接收到的信号放大检波后加于示波管垂直偏转板上。时基电路：在同步脉冲信号触发下，产生锯齿波加于示波管水平偏转板上形成时基线。显示电路：显示时基线与探伤波形。电源电路：供给仪器各局部所需要的电压。....页脚在实际探伤过程中，各电路按统一步调协调工作。当电路接通以后，到异质界面(缺陷或底面)反射回来被探头接收，通过探头的正压电效垂直偏转板上，形成重迭的缺陷波F和底波B。时基电路被触发以后产生锯齿波，加到示波管水平偏转板上，形成一条时基扫描亮线，并将缺陷波F和底波B三、仪器的主要性能仪器性能仅与仪器有关。仪器主要性能有水平线性、垂直线性和动态范围。1、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，线性。仪器水平线性的好坏直接影响测距精度，进而影响缺陷定位。2、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称为垂直坏影响应用面板曲线对缺陷定量的精度。3、动态范围仪器的动态范围是指反射信号从垂直极限衰减到消逝时所需的衰减量，也就是仪器荧光屏容纳信号的力气。四、仪器与探头的主要综合性能仪器与探头的综合性能不仅与仪器有关，而且与探头有关。主爱综合性能有盲区、区分力、灵敏度余量等。1、盲区从探测面到能觉察缺陷的最小距离，称为盲区。盲区内缺陷间长，始脉冲宽，盲区大。2、区分力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的力气称为分辫力。脉冲宽度小，区分力高。3、灵敏度余量dB五、试验用品1、仪器CTS-22、CTS-26等。2、探头：2.5P20Z2.5P14z。3、试块：IIW、CSK—IA、200/φ1平底孔试块等。4、耦合剂：机油。5、其他：压块、坐标纸等。六、试验内容与步骤1、水平线性的测试调有关旋钮使时基线清楚光明，并与水平刻度线重合。将探头通过耦合剂置于CSK—IA或IIW1.2A处。(3)调[微调]、[水平]或[脉冲移位]等旋钮，使荧光屏上消灭五次底波B～B，且使B、B前沿分别对准水平刻度值2.0和10.0，如图1 5 1 51.3。BBB2 3 4

与水平刻度值4.06.08.0的偏差值a、a、a。2 3 4计算水平线性误差：

amax100% (1.1)0.8b式中 a

a、a、a

中最大者；max 2 3 4b——荧光屏水平满刻度值。..页脚.ZBY230—84标准规定仪器的水平线性误差≤2%。2、垂直线性的测试30dBCSK—IA或IIW1.2B处，并用压块恒定压力。调增益使底波达荧光屏满幅度B。2dB，并登记相应回波Hi1.11.1衰减量Δ衰减量ΔidB024681012141618202224回波高度确定波高Hi实测相对波高%抱负相对波高%偏差%表中：

衰减ΔdB后的波高Hi i衰减0dB时波高H

(1.2)H i

0 H

(1.3)抱负相对波高Hi%1020100% 20lgHii00 00计算垂直线性误差：D(dd)%1 2(1.4)式中 d1——实测值与抱负值的最大正偏差；....页脚d——实测值与抱负值的最大负偏差；2ZBY230—84标准规定仪器的垂直线性误差≤8%。3、动态范围的测试(1)[抑制]至“O”，[衰减器]保存30dB。探头置于图1.2A处，调[增益]使底波B。达满幅度100%。NB1 11mmN2计算动态范围：△=NN2 1

(dB)ZBY230—84标准规定仪器的动态范围≥26dB。4、盲区的测试盲区的准确测定是在盲区试块上进展的，由于盲区试块加工困难．因此通常利用CSK～IA或IIW试块来估量盲区的范围。(1)[抑制]至“O”，其他旋钮位置适当。将直探头置于图1.4所示的I、Ⅱ处。调[增益]、[水平]等旋钮，观看始波后有无独立的回波。盲区范围估量：I5mm。探头置于II5～10mm之间。I10mm。7mm。5、区分力的测定(直探头)(1)[抑制]至“0”，其他旋钮位置适当。探头置于图1．4所示的CSK—IA或IIW块块上m右移动探头，使荧光屏上消灭声程为85、9l、100的三个反射波A、B、C。当A、B、C不能分开时，如图1.5(a)，则区分力F为：1

6a mm (1.5)1 ab ab当A、B、C能分开时，如图1.5(b)则区分力F为：2

6cmm (1.6)2 a a6mm。6、灵敏度余量的测试(1)[抑制]至“O”，[增益]最大，[放射强度]至强。录这时[衰减器]的读数N。1探头置于图1.6所示的灵敏度余量试块上(200／φ1平底孔试块)，调[衰减器]使φl80％。这时[衰减器]读数为N2计算：灵敏度余量△N=N2—N1。....页脚七、试验报告要求1、写出试验名称、目的和用品。2、简要说明仪器性能、仪器与探头综合性能的测试方法及测试结果。试验二 纵波有用AVG曲线的测试与锻件探伤一、试验目的1、把握纵波探伤时扫描速度的调整方法。2、把握纵波探伤时灵敏度的调整方法。3、把握纵波探伤时缺陷定位、定量的方法。4、把握纵波平底孔AVG式。二、原理1、纵波放射声场与规章反射体的回波声压场区。近场区波源轴线上声压起伏变化，存在极大微小值，纵波声场N=D4λ。至波源的距离大于近场区长度的区域称为Sχχ≥3N时，声压与距离成反比，符合球面规律：PF式中 P0

——波源起始声压；

P 0 sxF——波源面积．s平底孔、大平底回波声压：平底孔：PFF P 0 s f

x3N

(2.1)f 2x2大平底：PF

(2.2)P 0 s x3NB式中 Pf

2xPf

D2。 f。4由(2.1)式得不同直径、不同距离的平底孔分贝差：20lg

x2D2Pf120lg2 P

(2Pf2 x2D2.3)

1 f2由(2.2)式得不同距离大平底回波分贝差为：(2.4)

20lgP1BPBB2

20lg xxx1

dB由(2.1)、(2.2)可得，不同距离处大平底与平底孔回波分贝差为：B20lgPBP

2x2fD2xf

(2.5f f B)2、距离－波幅－当量曲线(AVG曲线)在超声波探伤中，自然缺陷的外形、性质和方向各不一样，回波“当量尺寸”来衡量缺回波等高时，则该人工缺陷的尺寸就为此自然缺陷的当量尺寸。....页脚描述规章反射体的距离、波幅、当量大小之间的关系曲线称为距离－波幅－当量曲线，德文为AVC；曲线，英文为DGS曲线。AVG曲线常见形式是横坐标表示反射体至波源的距离尺寸的规章反射体的回波高随距离而变化的规律。纵波平底孔AVG曲线如图2.1，图中χ≥3N范围内的曲线可以通过实测CS－2(2.3(2.4)、(2.5)得到。但χ＜3N区域的曲线只能通过实测CS－2试块得到。利用AVG曲线可以对缺陷定量和调整探伤灵敏度。3、扫描速度与探伤灵敏度扫描速度：仪器荧光屏上的水平刻度值dB比例关系称为扫描速度。例如扫描速度1:2，表示荧光屏上水平刻度12mm。探伤前调整扫描速度是为了在规定的范围内觉察缺陷并对缺陷定位。....页脚刻度值来实现的。的距离范围内正好能觉察规定大小的缺陷。量。探伤灵敏度可以利用工件底波或试块来调整。4、缺陷定位和定量，f则缺陷至探头距离为：(2.6)例如扫描速度为l:2，缺陷波水平刻度值f

x nf f=25，则工件中缺陷至探头的距离xf

=2×25=50(mm)。法。AVG曲线法等。当量法适用于尺寸小于波束截面的较小缺陷定量。波束截面的缺陷定量。距离x 和缺陷相对波高的dB数，然后代入公式(2.3)、(2.4)来计算缺f陷的当量尺寸。三、试验用品1、仪器：CTS-22、CTS-26等。2、探头：2.5P20Z2.5P14Z。3、试块：CSK-IA，IIW，CS-2等。4、耦合剂；机油。四、试验内容与步骤1、距离－波幅－当量曲线的测绘调有关旋钮使时基线清楚光明并与水平刻度线重合。调整扫描速度：CS-2试块的最大声程为525mm，故仪器按1:6调整扫描速度。探头置于CSK—IA或IIW试块上，对准100mm6底波，并使B、B3 6

分别对准水平刻度5.O和10.0，这时仪器1:6的扫描速度就调好了。调灵敏度(起始灵敏度)①[衰减器]位置确实定：一般以使最低反射波达规定高时衰减量500/φ20dB500mm处其他平底孔回波高由40lgDf

等确定。500mm处大平底回波高由20lg

22.1。2②调整方法：探头对准声程最大的CS-2试块中心，找到规章反2.1dB最高回波达基准(50%)高。然后使[衰减器]增益△dB，这对起始灵敏度500mm处φ260%高。2.1规章反射体尺寸23468与20712192445测试：固定[增益]、探头置于不同厚度的试块上，前后、左右移动探头，找到规章反射体的最高回波，调[衰减器)使各回波达60%dB2.2。对于3N以外的点也可用理论计算公式(2.3)、(2.4)、(2.5)推算得3N绘制曲线；以距离χ为横坐标，相对波高(dB)为纵坐标，在2.2AVG图中应注明探测条件：探头的频率和直径。2、锻件纵波探伤1～2件厚度χ≥3NCS-2度为φ2。(1t(2)调探伤灵敏度；①(2.5)确定最大声程处大平底与φ2平底孔的

20lg(2.7)

f120lgPPf2PP

xdB22.2距离距离X平2底3孔4回6高8dB大平底波高dB分贝差△也可从表2.2所列数据查到。②调整：探头对准锻件大平底，[衰减器]衰减△dB，调[增益]使底波B1达基准(60%)高，然后用(衰减器)增益△dB。至此，φ2探伤灵敏度调好。后，前后左右移动探头找到最高回波，并用[衰减器]调至基准高，记录缺陷波前沿正对的水平刻度值对应的dB值。

和缺路波达基准高(60%)时[衰减器]f缺陷定位：设扫描速度为 d:n，则缺陷至探测面的距离：x nf f

(mm)缺陷定量：依据缺陷的距离xf

和缺陷波与最大声程处φ2底孔的分贝差△(即[衰减器]所对dB值)利用公式(1.3)计算确定其当量尺寸：(2.8)

D xPPf140lg PP2xf2 1

dB也可依据AVG曲线来确定缺陷的当量尺寸。五、试验报告要1、写出试验名称、目的和用品。2AVG3注明所探锻件(CS-2试块)的序号。试验三 钢板探伤一、试验目的1、把握钢板接触探伤的方法。2、把握钢板板水浸探伤的方法。二、原理伤。水浸法常用于批量大面积钢板探伤。钢板探伤时，一般用2.5～5MHz，φ10～φ30mm的探头探伤，承受全面或列线扫查。φ5来调，这时一般不测缺陷的当量，只测缺陷的面积。另一种是利用钢量。F1T＜20mmF2探伤，水层厚度HH nT4(3.1)式中 n——重合次数。一般承受四次重合法，即钢板第四次底波B4与其次次界面回波S2重合。这时，n=4，H=T。四次重合法的优点在于可以避开近场区。在钢板探伤中，以下几种状况记录缺陷面积。(1)无底波，只有缺陷波的屡次反射。缺陷波与底波同时存在。无底波，只有多个紊乱的缺陷波。(4)既无缺陷波，又无底波。三、试验用品1、仪器：CTS-26或CTS-22型探伤仪。2、探头：2.5P20Z、2.5P20SJ。3l00×l00×46和100×100×22φ5平底孔试块各一块。4、耦合剂：机油、水。5、其他：T=20mm和50mm的钢板试样各一块，并且都带有人工缺陷或自然缺陷。还有水槽和探头位置调整机构等。四、试验内容与步骤1、钢板接触法探伤用2.5P20Z探头探伤T=50mm的钢板试样。(1)去除钢板外表的氧化皮、锈蚀和油污。(2)调整仪器，使时基扫描线清楚光明，并与水平刻度线重合。(3)调扫描速度：探头对准T=50mm的钢板，调整[微调]和[脉冲移位]使底波B、B分别对准50和100，这时扫描速度为1:1。1 2调灵敏度：探头对准100×100×46试块上φ5平底孔，调整[增益]使φ560％即可。扫查探测：探头置于钢板上作100%的全面扫查，探头移动间距小于晶片尺寸，移动速度不大于O.15m/s。φ5的深度。对于较小的缺陷也可测定缺陷的当量。记录：在钢板上或记录纸上标出缺陷的位置、深度和面积。(8)评级：依据钢板验收标准评定级别。2、钢板水浸探伤法用2.5P20SJ探头探伤T=20mm的钢板试样。(1)清理钢板外表的氧化皮。调整仪器，使时基扫描线清楚光明、与水平刻度线重合。....页脚1:2T=20mmBB。5 10分别对准50和100。100×100×22试块中的φ5平底孔，调整水层，厚度H，使第一次界面回波S对准水平刻140φ560％即可。或按接触法调10dBS前沿重合，如图3.1。2(6)扫查探测：探头沿垂直于钢板压延方向间距为100mm(7)缺陷测定：扫查过程中觉察缺陷后，用接触法测定缺陷的位置和面积。S前沿重合，如图3.1。2(6)扫查探测：探头沿垂直于钢板压延方向间距为100mm(7)缺陷测定：扫查过程中觉察缺陷后，用接触法测定缺陷的位置和面积。记录：在钢板上或记录纸上记录缺陷的位置和面积。评级：依据钢板标准评价钢板的级别。五、试验报告要求1、写出试验名称、目的和用品。2、写出试验测试步骤和结果。试验四 外表声能损失测定一、试验目的1、把握直探头探伤时外表声能损失差的测定方法。2、把握斜探头探伤时外表粗糙度不同造成的声能损失差的测定方法。二、原理概述耦合损失差，必需增大仪器的输出来进展补偿。要想恰到好处地进展补偿，首先应测定二者的耦合损失差。块探测面的耦合损失就行了。横波斜探头探伤时，常常承受一、二次波探伤，因此在测定二者探测面耦合损失差的同时，还要测二者底面反射损失差。三、试验用品1、仪器：CTS—22型探伤仪。2、探头：2.5P20Z探头一只，2.5P12×12K2探头两只。3、试块：....页脚4.2光滑度一样，探测面光滑度不同。如图4.3(b)所示的试块一块。试块材质、厚度、A面粗糙度同焊缝试板，试块BCSK—ⅢA或CSK—ⅡA试块。4、耦合剂：机油、浆糊或甘油。四、试验内容与步骤1、直探头探伤时外表耦合损失的测定①将2.5P20Z探头置于图4.2(a)所示的比照试块上，预衰减N1=20dBB160%。②4.1(b减器]使底波B1

达60%，记录这时[衰减器]读数N2

dB。③计算二者外表耦合损失差△：△=N-N(dB)1 22、斜探头探伤时外表声能损失的测定一次反射法外表声能损失的测定①把两个斜探头沿探伤方向置于焊缝两侧的探伤面上，间距约1P，作一发一收测试，如图4.2(a)。调整[增益]使最大穿透波幅为基准高(60%)。②按同样方法，把探头置于试块B面上，如图4.2(b器为上外表声能损失差。③124.3测出试板与试块AdB为下外表声能损失差。....页脚④失差加上两倍的下外表声能损失差即为二次波探伤时外表声能损失差。声能损失差只计入上外表声能损失差即可。五、试验报告要求1、写出试验名称、目的和用品及测试结果。2、分析引起测试误差的缘由。试验五 工件材质衰减系数的测定一、试验目的1、把握薄板工件衰减系数的测定方法。2、把握厚板工件衰减系数的测定方法。二、原理超声波在介质中传播时，存在着散射、吸取和集中等三种衰减。减。其中散射和吸取衰减是介质引起的，因此称为介质衰减。减系数d≈CFd3f4。由此可见固体介质中超声波的衰减与材质晶粒直径d3和频率f4成正比。因此，当f的衰减急剧增加。当材质晶粒度确定，f加。定量误差，提高定量精度，应当测定工件材质的衰减系数。超声波探头放射的声场分为未集中区(χ≤1.64N)和集中区(χ＞1.64N)。在未集中区内，波束不集中，这时只存在介质衰减。在集中区内，波束开头集中．这时不仅存在介质衰减，而且存在集中衰减。..页脚.薄板试块的前几次底波处于未集中区内，如图5.1衰减系数可用下式来计算。mm

20lg mx x xB

dB/mm(5.1)式中 B ——第m次底波高度；mB——第nnδ——外表反射损失，一般每次反射损失约为O.5dB；χ——板厚。厚板试块(χ≥3N算：B

6

6 (5.2)式中 B1

2 2x 2x——第一次底波高；

dB/mmB——其次次底波高；2....页脚6——集中衰减引起第一、二次底波的dB值；δ——底面反射散失。三、试验用品1、仪器：CTS—22型探伤仪。2、探头：2.5P20Z和5.0P20Z探头各一只。3。试块上下外表光滑，相互平行。4、耦合剂：机油、甘油或浆糊。四、试验内容与步骤1、薄板工件衰减系数的测定①取2.5P20Z探头对准厚度为10mm使示波屏上消灭B～BB达601 4 4减器]将B60%，记录这时所衰减的分贝值1数为(不计反射损失)： 1 1dB/mm60②用5P20Z探头重复上述过程，测出相应的分贝差，则衰减2系数为(不计反射损失):/mm602、厚板工件衰减系数的测定①取2.5P20Z探头对准厚度为200mm的工件的底面，调整仪器使示波屏上消灭底波B、B。调[增益]使B达60%基准高，再用(增减1 2 2器)将B调至60%高，记录所衰减的分贝值，则衰减系数为(δ=0)：1 33 6 6 3 dB/mm400 400②用5P20Z探头重复上述过程，测出相应的分贝差，则衰减4系数为(δ=0)：400五、试验报告要求1、写出试验名称、目的和用品。2、写出试验结果，说明频率fa3、分析影响测试精度的缘由。试验六 横波距离—波幅曲线的制作与焊缝探伤一、试验目的1、把握横波斜探头入射点、K2、把握按深度或水平距离调整横波扫描速度的方法。3、把握横波探伤时灵敏度的调整方法。4、把握横波距离－波幅曲线的测试方法。5、把握中厚板对接焊缝探伤时缺陷定位和定量方法。二、原理1、横波声场与距离－波幅曲线计算，引进了假想波源，横波声场是由假想波源放射出来的。假想波区和半集中角，只是在入射平面内半集中角不对称，θ＞θ。上 下横波探伤中常利用距离－波幅曲线来对缺陷定量和评价焊缝的质量变化的曲线。AVG曲线簇中的任意一条曲线就是距离－波幅曲线。....页脚距离－波幅曲线可以通过试块实测得到,也可出通用AVG曲线或理论计算公式得到，但后两种方法只适用于χ≥3N的状况，而焊缝探伤中往往是在χ＜3N般是在试块上实测得到的。JB1152—81标准规定用CSK—ⅡA或CSK—ⅢA—波幅曲线。JBll52-81标准规定的距离－波幅曲线如图6.1线、测长线和判废线组成。测长线与定量线之间为I废线之间(含定量线)为Ⅱ区，判废线以上(含判废线)为Ⅲ区。定量线、测长线、判废线之间的距离与板厚和所用试块有关，具体依据表6.1确定。....页脚表6.1 距离－波幅曲线的灵敏度试块型式板厚〔mm〕测长线定量线判废线CSK—ⅡA8--46>46—120Φ2×40-18dBΦ2×40-14dBΦ2×40-12dBΦ2×40-8dBΦ2×40-4dBΦ2×40+2dB8—15Φ1×6-12dBΦ1×6-6dBΦ1×6+2dBCSK—ⅢA>15—46Φ1×6-9dBΦ1×6-3dBΦ1×6+5dB>46—120Φ1×6-6dBΦ1×6dBΦ1×6+10dB2、斜探头的入射点和K斜探头的入射点是指探头放射的声束轴线与探头楔块底面的交点。入射点至探头前沿的距离为斜探头前沿长度。斜探头的折射角是指工件中横曲折射角βs，横曲折射角的正切称为探头的KK=tgβs。3、扫描速度和灵敏度调整横波扫描速度有三种方法：声程法、深度法和水平距离法。在焊缝探伤中常用深度法和水平距离法。当板厚T≥200mm般承受深度法，当板厚T＜20mm深度法是调整仪器使示波屏上水平刻度值与反射体的深度成比点的水平距离。焊缝探伤中规定探伤灵敏度不低于测长线。4、缺陷定位和定量定位①1:1τf假设lfd

f (6.1)lf

kdf假设T＜τf≤2T，说明此缺陷是二次波觉察的，则：d lf

2Tkf

f (6.2)②1:l度值为τf时：假设τf≤KT，说明此缺陷是一次波觉察的，则：l f f

(6.3) lfdfKf假设KT＜τf≤2KT，说明此缺陷是二次波觉察的，则：l f f l(6.4)

df

2T fK波幅和指示长度的测定。首先找到缺陷波的最高回波，测出它与基准波高的dB差。然后测其指示长度。当缺陷波只有一个高点时，用半波高度法(6dB)测其指示长度。当缺陷波有多个高点时，假设缺陷端部波高在I区，则用端点半波高度法测其指示长度；假设缺陷端部波高于I级。三、试验用品1、仪器：CTS—22CTS—262、探头：2.5P12×12K22.5P14K23、试块：CSK—IA、CSK—IACSK－Ⅲ试块。4、耦合剂：甘油、机油或浆糊。5、带缺陷的对接焊缝试样，T=2030mm。四、试验内容与步骤设焊缝试样T=30mm，承受CSK-ⅢA试块。1、距离－波幅曲线的测试制至]“0”。测定探头的入射点和K值：