超声波探伤实验报告

超声波探伤

一、实验目的

1.通过实验了解超声波探伤的基本原理；

2.掌握超声波探伤仪器的各个旋钮的名称、功能和使用方法。

3.了解超声检测仪的使用规范 。

二、实验设备和器材

1.超声检测仪

2.直探头和斜探头

3.耦合剂：甘油

4.试块和试件

三、实验内容

超声波探伤是利用探头发射超声波扫描试件内部，在荧光屏上可得到工件两界面（表面及底面）的反射波，如工件内部有缺陷，则缺陷将产生缺陷反射回波并显示在两界面波之间。缺陷波峰距两界面波之间的距离即缺陷至两界面之间的距离，缺陷大小及性质可按相关标准确定。

1、超声波探伤原理

（1）超声波的传播特性

声波是由物体的机械振动所发出的波动，它在均匀弹性介质中匀速传播，其传播距离与时间成正比。当声波的频率超过20000赫时，人耳已不能感受，即为超声波。声波的频率、波长和声速间的关系是：

f

c =λ （1） 式中 λ——波长；c ——波速；f ——频率。

由公式可见，声波的波长与频率成反比，超声波则具有很短的波长。

超声波探伤技术，就是利用超声波的高频率和短波长所决定的传播特性。即：

1）具有束射性（又叫指向性），如同一束光在介质中是直线传播的，可以定向控制。

2）具有穿透性，频率越高，波长越短，穿透能力越强，因此可以探测很深（尺寸大）的零件。穿透的介质超致密，能量衰减越小，所以可用于探测金属零件的缺陷。

3）具有界面反射性、折射性，对质量稀疏的空气将发生全反射。声波频率越高，它的传播特性越和光的传播特性接近。如超声波的反射、折射规律完全符合光的反射、折射规律。

利用超声波在零件中的匀速传播以及在传播中遇到界面时发生反射、折射等特性，即可以发现工件中的缺陷。因为缺陷处介质不再连续，缺陷与金属的界面就要发生反射等。如图1所示超声波在工件中传播，没有伤时，如图1a ，声波直达工件底面，遇界面全反射回来。当工件中有垂直于声波传播方向的伤，声波遇到伤界面也反射回来，如图1b 。当伤的形状和位置决定界面与声波传播方向有角度时，将按光的反射规律产生声波的反射传播。

2、超声波探伤仪的工作原理 超声波探伤仪首先是个超声波发生器，它利用交流电源和振荡电路，产生高频电脉冲，并可根据探伤要求调节脉冲的频率及发射能量。超声波探伤仪还具有将接受到的电脉冲依其能量的大小、时间的先后通过荧光显示屏显示出来的功能。其工作原理示于图2。发生器使示波管产生水平扫描线（一条亮线，代表时间轴），接收放大器使接受到的脉冲信号作用于示波管的垂直偏转板，并按信号收到的时间先后将水平扫描线的相应部位拉起脉冲值。始脉冲是仪器发射出去的原始脉冲信号，伤脉冲是超声波自工件内缺陷处返回的脉冲信号，底脉冲则是超声波自工件底部返回来的脉冲信号。由于超声波在工件内是匀速传播的，因此在工件内走过的路程越长，返回的时间越晚，所以底脉冲要比伤脉冲出现的晚，它们在荧光屏上的水平距离反应了超声波在工件内走过的距离。因此有:

a b b I d = 则 I b b d a ⋅= （2） 式中:d ——工件表面至缺陷的距离。

I ——沿探测方向的工件厚度。

b ——伤脉冲到始脉冲的扫描刻度。

超声波在介质中传播是有能量衰减的。走过的距离越长，反射回来的能量也越小，表现在接收回来的脉冲高度要减少。如果伤较小，少量超声波自伤处反射回来，将有一个矮的伤脉冲，此时大部分能量抵达工件底面，底脉冲仍较高。如果伤面积很大，则伤脉冲就会高，相应的底脉冲就会很小。如遇到伤很大，或其界面又不垂直于超声波入射的方向（如图1c ），则伤脉冲没有（反射波收不到），底脉冲也可能没有。

图1 超声波在工件中的传播

a

b——底脉冲到始脉冲的扫描刻度。

超声波探头是超声波探伤仪的重要附件，工程上所用的探头分为直探头和斜探头两种。探头又叫做换能器，探伤仪发射出来的是高频电脉冲，利用探头上的压电晶体（常用锆钛酸铅）将电脉冲转换成机械振动——超声波。探头又可以将由工件上接收到的超声波转换成电脉冲，输给接收放大电路，再加于示波管上。

3、各旋钮功能

电源开关——用以接通电源。

电源指示灯——用以表示电源接通。

延迟扫描

把同步脉冲信号延迟一段时间再触发时间扫描电路的工作状态，使时间扫描滞后于发射脉冲一段时间，延迟量可用延迟调节旋钮调整。

辉度

调节示波管电子束的发射强度，控制示波屏上时基线与波形的显示亮度。

聚焦

用于调节示波管电子束的聚焦程度，使示波屏上的时基

图2 探伤仪工作原理示意图

垂直调节

使时基线在示波屏上作上下移动以达到适合观察的位置。

水平调节

使时基线在示波屏上左右移动达到适合的位置。

增益

包括步进分档式的定量增益旋钮（以分贝为计量单位）和连续可调的非定量增益旋钮（多用作增益微调）。

衰减器

包括粗调（多以6、10或12dB步进分档）和细调（0.5、1或2dB步进分档）。调节接收放大电路的放大倍数，利用衰减器定量控制接收信号的幅度大小。

发射强度

调节发射电脉冲的幅度（发射电压）和持续时间（脉冲宽度），从而控制超声波的辐射功率。重复频率

调节同步电路单位时间内产生同步脉冲的次数，从而控制单位时间内发射超声脉冲的次数。抑制

用于抑制杂波、电噪声及材料本底噪声等产生的不必要的干扰信号，以提高信噪比和使波形显示清晰，但也同时降低了检测灵敏度。

深度补偿

用于抑制近区灵敏度，相对地提高远区灵敏度，以提高分辨力和减小有效探测盲区。

深度

调节荧光屏扫描线所代表的探测范围

分为粗调与细调，前者为分档型，后者为连续调整型。相邻分档范围可以相互覆盖。

延迟

用于调节同步脉冲触发信号在时基电路中延迟量的大小。

标记

利用标记旋钮调节其在时基线上的位置，用作探测距离或某个回波位置的标志点。

闸门起位

调节报警闸门（矩形波）前沿（即监视起点）在显示屏时基线上的位置（称为闸门起始位置）。闸门宽度

调节报警闸门（矩形波）的宽度。

报警灵敏度

调节驱动报警装置的电平阈值。

报警

探伤仪上用于接通报警电路的开关。

报警输出

把报警信号输送给外部报警装置

工作频率

根据超声波探头的工作频率选定

标尺

控制示波管屏面刻度板照明

探头选择

探头工作模式选择的转换开关