超声波探伤仪器、试块

35
5.斜探头的K值和βs 斜探头K值是指被探 工件中横波折射角βs 的正切值。
探头置于B位置时， βs在35－60度时；
探头置于C位置时，βs 在60－75度时； 探头置于D位置时， β s在75－80度时； 若探头在C位置，则 K=tgβs=(L＋l0－35)/30
2016/12/9
36
6.探伤灵敏度（flaw detection sensitivity）
2016/12/9 42
2）仪器与斜探头的分辨力 a 探头置于CSK－IA试块上 对准Ф 50、Ф 44、Ф 40三 个阶梯孔，使示波屏上出 现三个反射波。 b 平行移动探头并调节仪器， 使Ф 50、Ф 44回波等高， 其波峰为，波谷为h2，则 其分辨力为 X=20lg(h1/h2)(dB)
2016/12/9
2016/12/9 38
2）仪器与斜探头灵敏度余量 a 仪器[增益]至最大，[抑制]至0，[发 射强度]至“强”，连接探头，并使 探头悬空，调[衰减器]使电噪声电 平≤10％，记下此时的[衰减器]读数 N1dB； b 探头置于CSK－IA试块上，记下使 R100圆弧面的第一次反射波最高达 50％时的衰减量N2，则仪器与斜探 头的灵敏度余量N为 N＝N2－ N1dB
2016/12/9 32
5）计算垂直线性误差
D=(|d1|+|d2|)% |d1|－实测值与理想值最大正偏差； |d
33
3.动态范围（dynamic range）
动态范围是指仪器示波屏容纳信号 大小的能力，将满幅度100％某波高 用[衰减器]衰减到刚能识别的最小 值所需衰减的分贝值就是仪器的动 态范围。
2016/12/9 31
衰减量dB 绝对 波高 Hi 相对 波高 ％
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
回 波 高 度
实 测
理想相对 波高％ 偏差％
100
79.4
68.1
50.1
39.8
31.6
25.1
19.9
15.8
12.6
10
7.9
6.3
表中：实测相对波高％＝Hi/H0×100％ 理想相对波高％＝10－dB/20×100％
2016/12/9
11
1)压电晶片(crystal) 当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压 电效应，将电能转化为声能，发射超声波；当 探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能 转化为电能。正压电效应和逆压电效应统称压 电效应(piezoelectric effect) 。探头也被称为换 能器。 压电晶片的振动频率即为探头的工作频率， 晶片在共振条件下工作： t＝λ /2 t为晶片厚度。
2016/12/9
16
2）斜探头（angle probe） 斜探头按入射角可分为 纵波斜探头（longitudinal wave probe） 横波斜探头（shear wave probe） 表面波斜探头（surface wave probe）
2016/12/9
17
横波斜探头
主要用于探测与探
测面垂直或成一定
1）[抑制]至0，[衰减器]保留30dB的衰减余 量； 2）直探头通过耦合剂置于CSK—IA上，对准 25mm底面，并用压块恒定压力； 3）调节仪器使试块上某次底波位于示波屏的 中间，并达满幅度100％，但不饱和，作为 0dB； 4）固定[增益]和其它旋钮，调[衰减器]，每 次衰减2dB，并记下相应的波高Hi填入表中， 直到底波消失。
仪器水平线性的好坏影响缺陷定位。
2016/12/9
28
测试步骤 1）将直探头置于CSK-IA试块上，对准25mm厚的 大平底； 2）调[微调]、[水平]或[脉冲]等旋钮，使示波 屏上出现五次底波B1至B5，且使B1前沿对准 2.0， B5对准10.0，记录B2、 B3、 B4与水平 刻度值4.0、6.0、8.0的偏差值a2、a3、a4； 3）计算水平线性误差； Δ ＝|amax|/0.8b |amax|=max(a2、a3、a4)； b－示波屏水平满刻度值。
26
3.3.2.2 CSK-ⅠA试块 CSK-ⅠA试块是我 国锅炉和钢制压 力容器对接焊缝 超声波探伤 JB1152－81标准 规定的标准和试 块，是在IIW试块 基础上改进后得 到的。
2016/12/9
27
利用CSK-IA试块进行仪器和探头性能的测试 1.仪器水平线性 (linearity of time base) 仪器水平线性是指仪器示波屏上时基线 显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的 程度，或者是示波屏上多次底波等距离的程 度。
实际测试时，用衰减器将h1衰减到h2，其衰减 量Δ N就为分辨力，即X＝Δ N
43
9.扫描速度的调整 仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值 г 与工件或试块中的实际声程x之间的 比例关系称为扫描速度或时基扫描线的 比例。 超声波探伤前必须首先根据探测范围调 整好扫描速度，以便在规定的探测范围 内发现缺陷并对缺陷进行定位。
45
横波探伤术语
2016/12/9
14
3）阻尼块(damping block) 使共振的晶片尽快停下来，利 于形成窄脉冲，提高分辨力，并吸 收晶片背面发出的杂波，另外还起 到支撑晶片的作用。
2016/12/9
15
2.探头种类
1)纵波直探头(normal probe) 主要用于探测与探测面 （test surface）平行的 平面型或立体型缺陷，如 板材、锻件等。
2016/12/9
34
4.斜探头入射点（probe index） 入射点是探头发射的波束轴线 与探测面的交点。 将探头对准R100圆弧面，作平 行侧面的前后移动，使圆弧面 反射波达到最大值，此时斜楔 底面与试块圆心重合的地方就 是该探头的入射点。此时，探头
的前沿长度为 l0＝R－M
2016/12/9
角度的缺陷，如焊
缝探伤、气轮机叶 轮探伤等。 直探头和斜楔组成。
2016/12/9
18
3）双晶探头 双晶探头有两块压电晶 片。根据入射角不同， 又可分为双晶纵波探头 和双晶横波探头。双晶 探头的优点： 1.灵敏度高； 2.杂波少盲区小； 3.近场区长度小； 4.探测范围可调。 主要用于探伤近表面缺 陷。
2016/12/9 19
4）聚焦探头（focusing type prob）
聚焦探头有直探头和声 透镜组成，分为点聚焦
和线聚焦。点聚焦声透
镜为球面，线聚焦则为
柱面。焦距F与声透镜
曲率半径r之间存在以 下关系： F＝c1r/(c1－c2)
2016/12/9 20
3.探头的型号
频率 晶片材料 晶片尺寸 探头种类
2016/12/9 24
3.3.2.2半圆试块 半圆试块是目前
广泛应用的一种
试块，其结构如
图所示。
2016/12/9
25
用途 1.调整横波探测范围和扫描速度； 2.调整纵波探测范围和扫描速度； 3.测仪器的水平线形、垂直线形和动态范围； 4.测斜探头的入射点； 5.调整灵敏度；
2016/12/9
2016/12/9
9
3.3.1.2 A型脉冲超声波探伤仪器工作原理
同步电路 发射电路 接受放大电路 时基电路（扫描电路） 显示电路 电源电路
2016/12/9
10
3.3.1.3.超声波探头(probe, transducer)
1.探头的基本结构 和各部分的作 用
超声探头是 由压电晶片、 楔块、阻尼块、 接头等组成。
2016/12/9 4
2）B型显示(B-scope) 示波屏上横坐 标代表探头移 动距离，纵坐 标代表超声波 传播距离或时 间。整个示波 屏上可显示入 射平面内的缺 陷断面形状。
2016/12/9 5
3）C型显示(C-scope) 示波屏显示工 件中缺陷的水 平投影情况， 不能显示缺陷 的深度位置。 用于定性测试。
3.3超声波探伤用仪器、探头和试块
3.3.1超声波探伤仪
ultruasonic flaw detector
2016/12/9
1
主动型超声波检测仪器
2016/12/9
2
被动型超声波检测仪器
2016/12/9
3
3.3.1.1仪器的种类
1.按缺陷的显示方式 分类 1） A型显示(A-scope) 示波屏上纵坐 标代表反射波的波 幅，横坐标代表超 声波传播的距离或 时间，根据缺陷波 的波高和水平刻度 来进行缺陷的定量 和定位。
2016/12/9 12
压电材料： Crystal 单晶材料、多 晶材料(压电 陶瓷) 居里温度。
2016/12/9
13
2）保护膜、斜楔(protective cover, wedge) 硬保护膜：由氧化铝、蓝宝石或碳化硼制 成，用于表面较平滑的试件。 软保护膜：零点几毫米厚的可更换塑料， 用于表面粗糙的工件。 斜楔：波型转换，使被探工件中只存在折 射横波。一般用有机玻璃做成。斜楔的纵波 速度必须小于工件中的纵波速度。
2016/12/9
6
2.按声波特征分 1）脉冲波 周期性的发射和接受超声脉冲信号。
2016/12/9
7
2）连续波
连续的发射和 接收频率和振 幅都不变的超 声信号。
2016/12/9
8
3.按仪器的通道数目分 （1）单通道 由一个或一对探头单独工作 （2）多通道 由多个或多对探头交替工作 目前实际超声波探伤常用的是 A型脉冲式单通道超声波探伤仪。
2016/12/9 29
2.垂直线性(linearity of amplifier) 垂直线性指仪器放大器的线性度。它 表示探头所接受的信号电压大小与荧光屏 上所显示的回波高度成正比的程度。 仪器中衰减器的精度直接反映着垂直 线性误差。垂直线性的好坏影响缺陷定量 精度。