超聲波探傷實習報告

超聲波探傷

一、實驗目的

1.通過實驗了解超聲波探傷的基本原理；

2.掌握超聲波探傷儀器的各個旋鈕的名稱、功能和使用方法。

3.了解超聲檢測儀的使用規(guī)范 。

二、實驗設備和器材

1.超聲檢測儀

2.直探頭和斜探頭

3.耦合劑：甘油

4.試塊和試件

三、實驗內容

超聲波探傷是利用探頭發(fā)射超聲波掃描試件內部，在熒光屏上可得到工件兩界面（表面及底面）的反射波，如工件內部有缺陷，則缺陷將產生缺陷反射回波并顯示在兩界面波之間。缺陷波峰距兩界面波之間的距離即缺陷至兩界面之間的距離，缺陷大小及性質可按相關標準確定。

1、超聲波探傷原理

（1）超聲波的傳播特性

聲波是由物體的機械振動所發(fā)出的波動，它在均勻彈性介質中勻速傳播，其傳播距離與時間成正比。當聲波的頻率超過20000赫時，人耳已不能感受，即為超聲波。聲波的頻率、波長和聲速間的關系是： c （1） f

式中 λ——波長；c——波速；f——頻率。

由公式可見，聲波的波長與頻率成反比，超聲波則具有很短的波長。

超聲波探傷技術，就是利用超聲波的高頻率和短波長所決定的傳播特性。即：

1）具有束射性（又叫指向性），如同一束光在介質中是直線傳播的，可以定向控制。

2）具有穿透性，頻率越高，波長越短，穿透能力越強，因此可以探測很深（尺寸大）的零件。穿透的介質超致密，能量衰減越小，所以可用于探測金屬零件的缺陷。

3）具有界面反射性、折射性，對質量稀疏的空氣將發(fā)生全反射。聲波頻率越高，它的傳播特性越和光的傳播特性接近。如超聲波的反射、折射規(guī)律完全符合光的反射、折射規(guī)律。利用超聲波在零件中的勻速傳播以及在傳播中遇到界面時發(fā)生反射、折射等特性，即可以發(fā)現(xiàn)工件中的缺陷。因為缺陷處介質不再連續(xù)，缺陷與金屬的界面就要發(fā)生反射等。如圖1所示超聲波在工件中傳播，沒有傷時，如圖1a，聲波直達工件底面，遇界面全反射回來。

當工件中有垂直于聲波傳播方向的傷，聲波遇到傷界面也反射回來，如圖1b。當傷的形狀和位置決定界面與聲波傳播方向有角度時，將按光的反射規(guī)律產生聲波的反射傳播。

圖1 超聲波在工件中的傳播

2、超聲波探傷儀的工作原理

超聲波探傷儀首先是個超聲波發(fā)生器，它利用交流電源和振蕩電路，產生高頻電脈沖，并可根據探傷要求調節(jié)脈沖的頻率及發(fā)射能量。超聲波探傷儀還具有將接受到的電脈沖依其能量的大小、時間的先后通過熒光顯示屏顯示出來的功能。其工作原理示于圖2。發(fā)生器使示波管產生水平掃描線（一條亮線，代表時間軸），接收放大器使接受到的脈沖信號作用于示波管的垂直偏轉板，并按信號收到的時間先后將水平掃描線的相應部位拉起脈沖值。始脈沖是儀器發(fā)射出去的原始脈沖信號，傷脈沖是超聲波自工件內缺陷處返回的脈沖信號，底脈沖則是超聲波自工件底部返回來的脈沖信號。由于超聲波在工件內是勻速傳播的，因此在工件內走過的路程越長，返回的時間越晚，所以底脈沖要比傷脈沖出現(xiàn)的晚，它們在熒光屏上的水平距離反應了超聲波在工件內走過的距離。因此有:

db Iba

則 d

式中:d——工件表面至缺陷的距離。

I——沿探測方向的工件厚度。

b——傷脈沖到始脈沖的掃描刻度。

超聲波在介質中傳播是有能量衰減的。走過的距離越長，反射回來的能量也越小，表現(xiàn)在接收回來的脈沖高度要減少。如果傷較小，少量超聲波自傷處反射回來，將有一個矮的傷脈沖，此時大部分能量抵達工件底面，底脈沖仍較高。如果傷面積很大，則傷脈沖就會高，相應的底脈沖就會很小。如遇到傷很大，或其界面又不垂直于超聲波入射的方向（如圖1c），則傷脈沖沒有（反射波收不到），底脈沖也可能沒有。 bI （2） ba

ba——底脈沖到始脈沖的掃描刻度。

圖2 探傷儀工作原理示意圖

超聲波探頭是超聲波探傷儀的重要附件，工程上所用的探頭分為直探頭和斜探頭兩種。探頭又叫做換能器，探傷儀發(fā)射出來的是高頻電脈沖，利用探頭上的壓電晶體（常用鋯鈦酸鉛）將電脈沖轉換成機械振動——超聲波。探頭又可以將由工件上接收到的超聲波轉換成電脈沖，輸給接收放大電路，再加于示波管上。

3、各旋鈕功能

電源開關——用以接通電源。

電源指示燈——用以表示電源接通。

延遲掃描

把同步脈沖信號延遲一段時間再觸發(fā)時間掃描電路的工作狀態(tài)，使時間掃描滯后于發(fā)射脈沖一段時間，延遲量可用延遲調節(jié)旋鈕調整。

輝度

調節(jié)示波管電子束的發(fā)射強度，控制示波屏上時基線與波形的顯示亮度。

聚焦

用于調節(jié)示波管電子束的聚焦程度，使示波屏上的時基

垂直調節(jié)

使時基線在示波屏上作上下移動以達到適合觀察的位置。

水平調節(jié)

使時基線在示波屏上左右移動達到適合的位置。

增益

包括步進分檔式的定量增益旋鈕（以分貝為計量單位）和連續(xù)可調的非定量增益旋鈕（多用作增益微調）。

衰減器

包括粗調（多以6、10或12dB步進分檔）和細調（0.5、1或2dB步進分檔）。調節(jié)接收放大電路的放大倍數，利用衰減器定量控制接收信號的幅度大小。

發(fā)射強度

調節(jié)發(fā)射電脈沖的幅度（發(fā)射電壓）和持續(xù)時間（脈沖寬度），從而控制超聲波的輻射功率。 重復頻率

調節(jié)同步電路單位時間內產生同步脈沖的次數，從而控制單位時間內發(fā)射超聲脈沖的次數。 抑制

用于抑制雜波、電噪聲及材料本底噪聲等產生的不必要的干擾信號，以提高信噪比和使波形顯示清晰，但也同時降低了檢測靈敏度。

深度補償

用于抑制近區(qū)靈敏度，相對地提高遠區(qū)靈敏度，以提高分辨力和減小有效探測盲區(qū)。 深度調節(jié)熒光屏掃描線所代表的探測范圍分為粗調與細調，前者為分檔型，后者為連續(xù)調整型。相鄰分檔范圍可以相互覆蓋。 延遲用于調節(jié)同步脈沖觸發(fā)信號在時基電路中延遲量的大小。

標記

利用標記旋鈕調節(jié)其在時基線上的位置，用作探測距離或某個回波位置的標志點。 閘門起位調節(jié)報警閘門（矩形波）前沿（即監(jiān)視起點）在顯示屏時基線上的位置（稱為閘門起始位置）。 閘門寬度調節(jié)報警閘門（矩形波）的寬度。

報警靈敏度

調節(jié)驅動報警裝置的電平閾值 。

報警

探傷儀上用于接通報警電路的開關。

報警輸出

把報警信號輸送給外部報警裝置

工作頻率

根據超聲波探頭的工作頻率選定

標尺

控制示波管屏面刻度板照明

探頭選擇

探頭工作模式選擇的轉換開關

四、實驗步驟

1.實驗指導

1）指導教師講解超聲檢測儀使用注意事項。

2）指導教師借助實驗設備講解超聲檢測儀的工作原理和各旋鈕的功能。

2.學生練習

（1）將超聲檢測儀、探頭、電源線等正確連接，組成超聲檢測系統(tǒng)。

（2）依次開啟總電源、超聲檢測儀電源，觀察、記錄儀器顯示屏上的顯示情況。

（3）將直探頭置于涂有耦合劑甘油的CSⅠ型試塊上，并對準試塊下面的中心孔。（斜探頭可選用CSK-ⅠA試塊，對準R100的圓弧面）。

（4）調節(jié)超聲檢測儀的衰減器、深度旋鈕，觀察、記錄顯示屏上回撥的高度、水平位置的變化，并分析其原因。

（5）在儀器和探頭不作調整的情況下，將試塊換成同類型不同高度的試塊（斜探頭可換做探測CSK-ⅠA試塊上Φ50孔），再次觀察、記錄顯示屏上回波的變化，并分析其原因。

五、注意事項

1、探頭的保護

探頭表面為丙烯樹脂，對粗糙表面的重劃很敏感，因此在使用中應輕按。測粗糙表面時,盡量減少探頭在工作表面的劃動。

2、實驗過程中，防止摔壞儀器、探頭和試塊。并注意自身安全。

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