实验报告超声波.docx
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实验报告超声波
袂四川大学实验报告书
羁课程名称:
实验名称:
超声波探伤实
验
蕿系别:
专业:
班号:
姓名:
学号:
肅实验日期:
2013年3月10日同组人姓名:
教师评定成绩:
芃一、实验名称
蚃超声波探伤实验
莈二、实验目的
荿1.了解探伤仪的简单工作原理
蚄2.熟悉超声波探伤仪、探头和标准试块的功用
膁3.了解有关超声波探伤的国家标准
莁4.掌握超声波探伤的基本技能
葿三、主要实验仪器
肅CTS-22型超声波探伤仪试块探头直尺机油
袃四、实验原理
膀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:
薈五、实验内容与步骤
蒆一.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
莁实验要求:
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;
罿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。
蚈背景知识:
蚃1.仪器的主要性能:
肃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。
蚈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。
螈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。
肄2.仪器与探头的主要综合性能:
蒁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。
螁B.分辨力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力。
袈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。
蒅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。
70
0式中D为探头直径
膂D
0为波长
蒀实验步骤:
袈1.水平线性的测试
袆A.调节有关旋钮。
使时基线清晰明亮,并与水平刻度线重合。
蚀B.将探头通过耦合剂置于CSK-IA试块上,如图所示。
芈C.调节有关旋钮,使荧光屏上出现五次底波B1~B5,且使B1、B5前沿分别对准水平刻度2.0和10.0,
如图所示。
羈D.观察记录B2、B3、B4与水平刻度值的偏差值a2、a3、a4。
羂表一:
测量水平线性误差(五次底波法)(单位:
cm)
莂底波次数肇B1肈B2莃B3袀B4肀B5
膈水平刻度标定值螄2薂4衿6芇8膅10
羀实际读数薈2莇3.5薆5.3螂7.5蚁10
蒇偏差ai螃0蒄0.5莀0.7蒇0.5膄0
袁E.计算水平线性误差
|amax|
腿X100%式中:
amax---a2、a3、a4中最大者;B-----荧光屏水平满刻度值。
0.8b
0.7
薇由计算可知=100%8.75%
0.810
可知该仪器的水平线性不能满足要求的<=2%
薅2.垂直线性的测试
薃A.[抑制]至“0”,衰减器保留30dB衰减余量。
羇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。
蚇C.调[增益]使底波达荧光屏满幅100%,但不饱和,作为0dB.
羅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。
肁表2:
垂直线性数据记录表
羀衰减量i/dB螇0肂2螃
蝿6袇8蒃莀30
芁蒈羆袄羃薁肆芅莁
410121416182022242628
膃绝
聿10膆蒂0
肆蚆螃薀袈芆芃节袀莆蚄螀虿蒆肅
回实对波8.25.34.33.42.72.21.91.30.90.60.40.20.1
6.5
波测
高%
高
度
蒈薆
蒆相
蒁82蚅螅9莅6螂4螈2袅1螆0
羀薃蚂芀蚅羄莄罿
对波1006553433427221913
高%
薄
螁理想相对
羅袂羁蕿肅芃蚃莈荿蚄膁莁葿肅袃
膀3.2
波高%
1007.96.35.04.0
0.9
63.150.139.831.625.120.015.812.610.0
薈偏差蒆0莁
罿蚈蚃肃蚈螈肄蒁蒅
螁-1袈膂-3蒀-3袈-3.2
2.62.93.22.41.92.03.2
1.9
0.4-1.9-2.3
衰减idH
B后的波高
i
袆表中:
相对波高%=100%
衰减0dBH
时波高
0
{
20lg
H
H
i
0
i
}
蚀E.计算垂直线性误差D=(|
d|+|d2|)%;式中:
1
d
1
d
2
-
-
-
-
-
-
实测值与理想值的最大
实测值与理想值的最大
正偏差;
负偏差。
芈ZBY230-84标准规定仪器的垂直线性误差<=8%
羈3.动态范围的测试
羂A.[抑制]至“0”,衰减器保留30dB.
莂B.探头置于图中A处,调[增益]使底波B1达满幅的80%。
肇C.固定[增益],记录此时的衰减余量N1,调[衰减器]使底波B1将于1mm,记录此时的衰减余量N2。
肈D.计算动态范围N1N2=26dB
莃ZBY230-84标准规定仪器的动态范围>=26dB.
袀4.盲区的测试
肀A.[抑制]至“0”,其它旋钮位置适当。
膈B.将探头置于图中所示。
螄C.调[增益]、[水平]等旋钮,观察始波后有无独立回波。
薂D.盲区范围的估计:
探头置于Ⅰ处有独立回波,盲区小于5mm;探头置于Ⅰ处无独立回波,与Ⅱ处
有独立回波,盲区在5~10mm之间;探头置于Ⅱ处无独立回波,盲区大于10mm;一般规定盲区不大于
7mm。
衿5.分辨力的测定
芇A.[抑制]至“0”,其它旋钮位置适当。
膅B.探头置于图示位置的Ⅲ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。
a6a
羀C.当A、B、C不能分开时,则分辨力F1为:
(mm)
F(9185)
1ab
a-b-
薈D.当A、B、C能分开时,则分辨力F2为:
c6c
F(9185)
2(mm)
aa
莇JB1834-76标准规定分辨力不大于6mm。
薆6.灵敏度余量的测试
螂A.[抑制]至“0”,[增益]最大,[发射强度]至强。
蚁B.连接探头,探头置于图示的位置(灵敏度余量试块200/φ2平底孔试块),调[衰减器]使φ2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:
0.10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-ⅢA)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:
63.2介质衰减系数公式如下
63.3厚板试件介质衰减系数
实验步骤:
2.7薄板工件(板厚<=1.64N)衰减系数的测定(N=/4
2.8D)
2
A.用2.5P20Z探头对准厚度为30mm的薄板工件底面,调节仪器使示波屏上出现B1~B2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1,则分质的衰减系数
为(不计反射损失):
α=l/40(dB/mm)
B.用5.0P20Z探头重复上述过程,测出相应的分贝差2,则衰减系数为
2
40
2.9厚板工件(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B1~B2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
3-6
系数为:
(d/mm)
B400
4-6
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(d/mm)
B400
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2.5~5MHZ10~30mm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:
1.10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;
0.5既无缺陷波,有无底波。
实验步骤:
0.9
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β,横波折射角的正切值成为探头的K值。
实验步骤:
0.11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X
0.12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)/70
B.当探头标称1.5 重复以上步骤三次,求平均值。 0.13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。 0.14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。 0.15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arctan[(X0L-35)/30] 0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β1,则该斜探头声束纵截面后扩 散角为β0-β1,把探头后移,用同样的方法测出前扩散角为β2-β0。 0.10 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6dB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 0.16水平线性误差数据记录如表一所示,其中|amax|=0.7 63.4 =100%8.75% 63.510 可知该仪器的水平线性不能满足要求的<=2%。 0.17垂直线性测试 衰减量i/dB024681012 回波高度实 绝对波高%108.26.55.34.33.42.7 测 相对波高%100826553433427 理想相对波高%10079.463.150.139.831.625.1 偏差02.61.92.93.22.41.9 0.18动态范围的测试N1=80-(12+40)=28,N2=80-(38+40)=2N1N2=26dB 有ZBY230-84标准规定仪器的动态范围>=26dB,可知满足要求。 . 0.19盲区的测试 将探头置于图示Ⅰ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。 0.20分辨力的测定将探头置于Ⅲ处时,A、B、C能分开,则分辨力 c6c F(9185) 2=4(mm)其中: c=4,a=6 aa 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。 0.21灵敏度余量的测试N1=22N=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 2.10薄板工件的衰减系数2.5P20Z探头: ? =△1/40=2/40=0.05 2.11厚板工件衰减系数的测定2.5P20Z探头: ? =(△3—6)/400=(26-6)/400=0.05 四.钢板纵波探伤 采用对比试块 1.11表面补偿=N2-N1=8(dB) 1.12起始灵敏度A0=A1-=60-8=52(dB) 0.11 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。 0.12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); 2 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=2100mm 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 2 2100mm 评判结果(按 Ⅰ级 JB4730-05) 五.超声波探伤仪与斜探头综合性能测定 0.22探头的入射点L=100-[89+90+89]/3=11mm 0.23探头的折射角KB=[(46+49+50)/3+L-35]/30=0.8 0.24灵敏度余量S0=28S=80-S0=80-28=52dB 0.25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=11dB 0.26纵截面前后扩散角 由实验得X0=102mmL=11mm则β0=arctan[(102+11-35)/30]=69(度) X1=96mm则β1=arctan[96+11-35)/30]=67(度) X2=106mm则β2=arctan[106+11-35)/30]=70(度) 则纵截面后扩散角β0-β1=2(度);纵截面前扩散角β2-β0=1(度) 0.27横截面扩散角由实验得 WL和W分别为2.9mm和3.1mm则 R arctan(2.9/26 ) L=6.36(度) arctan(3.1/26 ) R=6.80(度) 七.误差分析 63.6缺陷定位时,探头移动位置不准确,可对缺陷定位产生影响。 63.7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。 63.8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。 63.9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。 0.13 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 0.28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的产生是由同步电路输入的同步脉冲信号,触发发射电路工作,产生高 频电脉冲信号激励晶片,产生高频振动,并在介质内产生超声波。 0.29钢板探伤为什么采用直探头? 在钢板探伤中,底波消失,可能是什么原因造成的? 答: 因为钢板底部为平面,所以采用直探头不会出现盲区。 底波消失,可能是因为整个探头都处于 缺陷面积内,且缺陷已经达到底表面(即下表面有伤)。 0.30为什么要进行时间扫描线的调整,若是比例调整不正确,有什么害处? 0.31什么是直探头和斜探头? 它们的主要用途是什么? 答: 直探头是指发射超声波的方向与探伤面垂直的探头,斜探头是指超声波的方向与接触面不为90 度,而是有一定的斜度。 直探头主要用于钢板等探伤,斜探头主要用于焊缝等工件的探伤。 0.32探伤时的回波波形的读法----------------------- 0.33探伤仪的三大主要特性是-------------------------- 0.34受伤面上涂油的原因------------------ 0.35测定斜探头入射点和折射角时,回波高度需调到--------------才适当 63.10晶片表面和被检工件表面之间的空气间隙,会使超声波完全反射,造成探伤结果不准确和无法探伤。 所 以耦合剂主要是消除探头和工件间的空气,所以选b 九、实验小结 答: 通过此次实验,我们对超声波探伤金属的原理有了更加深刻的认识,同时也掌握了超声波探伤的 基本技能,熟悉了超声波探伤仪、探头和标准试块的功用,认识到产生误差的原因,锻炼了我们分析 和解决问题的能力。 实验过程需要每一步按规定实现,不可投机取巧,每一步实验都会由于外界环境 或是实验器材或是人为造成实验误差,于是在实验中需要将能避免的误差避免,将能减小的误差尽量 控制在小范围内。 仅供个人用于学习、研究;不得用于商业用途。 Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse. Nurfürdenpers? nlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden. Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;dpeassfinscommàerciales. толькодлялюдейко,торыиеспользуюдтлсяоябученияссл,едоваинниейдолжны использоватьсявкоммерческихцелях. 以下无正文
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- 实验 报告 超声波