超声波检测及等级评定实验
超声波检测及等级评定实验
一、实验目的
1、了解超声波探伤的工作原理和仪器的工作过程；
2、熟悉探伤仪器，掌握使用直探头和斜探头，对试件进行纵波和横波探伤，确定试件的内部缺陷。
二、实验原理
超声波探伤是利用电子仪器产生高频（0.5～10mhz）脉冲电压，激发钴钛酸铅等压电晶片，由于这种压电晶片具有电压效应，电能被转换成机械弹性振动成为超声波，向工件内部传播（超声纵波或横波）进行探伤，而在不同介质的界面上（工件表面、内部缺陷、工件底部）反射回来的超声波，又由压电晶片转换成电讯号，经放大后，显示在示波管上，以判断工件内部是否存在缺陷（气孔、夹渣、裂纹、未焊透等）。显然，缺陷越大，从缺陷界面反射回探头所需的时间就越长，因此，根据反射波的强弱和到达时间的长短，就可以探测工件内部缺陷的大小和位置（深度），这就是超声波探伤的基本工作过程。
三、实验仪器和工具
cts—8型晶体管探伤仪，钢直尺，机油，试件若干。
四、实验步骤
1、试件的准备
（1）准备各种试件，表面具有一定光洁度；
（2）在探测表面涂上一层耦合剂——机油。
2、仪器的调整
（1）使用22v～30v的直流电源，严禁仪器直接接入交流电源中，或将直流电源的极性反接，否则损坏仪器；
（2）接通电源：开启面板上电源开关k6，这时可听到仪器内部发出频率为1千赫的音响，表示仪器工作正常，约15秒钟后，荧光屏上应出现扫描基线；
（3）调整辉度、聚焦、波形位置：用起子调节仪器上端的电位器w10（辉度旋钮）至基线亮度适中，一般在仪器出厂时辉度已调在较亮位置，以后不必常动。调节旋钮w8（聚焦旋钮）使波形至清晰为止，如果面板上的聚焦控制不能调至波形最清晰时，可用起子略调仪器上端的辅助聚焦电位器至波形更清晰。仪器上端的垂直位移电位器w11可供调节基线上下移动，使基线与荧光屏的刻度重合，便于读测。若要调动屏幕上基线左右位置，调节面板上标有“←→”符号的旋钮w7，可以把始波对准于荧光屏刻度的零位；
（4）频率调节：超声波工作频率较高，指向性好，声束扩散角小，有利于缺陷的探测，但如果工件结晶颗粒粗大则衰减严重，故一般工件较小结晶细时，选用较高工作频率，如2.5～5mhz；反之则取0.5～1.5mhz的工作频率。频率开关k1调准后应配用相应频率的探头；
（5）输出调节：控制器w1主要改变发射脉冲宽度，从而改变超声发射功率。对于小工件近表浅部位的探点或要求较高分辨率时，则可适当将输出减少；如探测距离较大，则可将输出增大；
（6）探测深度调节：根据被测零件的厚度，调节“粗调”和“细调”两个控制旋钮，先将“细调”置“0”，然后按试件厚度定“粗调”位置，再调节“细调”至适当位置，以便于观察底波显示。为了便于测距，一般应将始波和底波调至荧光屏标尺0～10宽度；
（7）探伤灵敏度调节：这是指示波管荧光屏上反射波脉冲波形高低的调节，以发现工件内部超过规定要求的隐藏缺陷，通常由标准试块并调节“增益”和“抑制”等旋钮来实现，以使缺陷反射能充分的显示；
仪器面板排列图
（8）标距的调节：距离标志是直接测量深度距离的标尺，当距离开关k5打开时，荧光屏上即出现一系列相等距离的负向标志脉冲，调整标距w12可改变两个脉冲间的距离，使用标距之前，必须对标距进行单位长度校准；
（9）探头的使用：根据工件大小、形状和探测要求，选择单探头或双探头工作方式和直探头或斜探头进行探伤。通常对此没有严格的规定，以波形显示利于探伤为准。但必须注意象裂纹这一类的危险缺陷，对超声波的反射有方向性，因此往往有必要利用直探头和斜探头从各个方面进行探测，以避免漏检。
直探头：常用2.5mhz，对形状规则，缺陷多与探测表面平行的工件（如钢板）用直探头较为有利。由荧光屏上波形的相互位置，对应于工作厚度，又可按比例确定缺陷的深度。
斜探头：常用2.5mhz，对缺陷可能与探测表面垂直或倾斜的工件，尤其是直探头无法接近探测部位的工件（如焊缝）必须用斜探头探伤。
（10）对指定零件进行探伤并作出记录。
五、实验记录
1、用cs—1试块对仪器进行灵敏度校核，选用f=2.5mhz，d=20mm直探头
（表一）
平底孔直径（mm）
平底孔深度（mm）
试块
(05)号
仪器灵敏度
输出
粗调
抑制
微调
增益
校核结论：
2、按照纵波探伤法对（01）号试件位置ⅰ、ⅱ、ⅲ中人为缺陷进行检测，根据水平刻度与探测深度成正比原理判定缺陷位置，选用f=2.5mhz，d=20mm直探头，先调整扫描速度（表二），后进行缺陷位置的判定（表三）。
（表二）
扫描速度
起始灵敏度
试件检验厚度（mm）
粗调
细调
增益
输出
抑制
标记
波幅%
试件号
材料
（表三）
试件号
试件厚度s （ mm）
底波水平刻度τb
（mm）
比例系数
k=s/τb
缺陷波水平刻度τf （mm）
被测表面至缺陷距离
校核结论
（01）
材料
缺陷编号
ⅰ
ⅱ
ⅲ
3、纵波探伤
（1）按实验二的方法判定（02）号试件a和c部位中人工缺陷的位置。选用f=2.5mhz，d=14mm直探头（表五）
（2）根据6分贝法（半波高度法）对（02）号试件部位a中的缺陷进行定量分析，确定缺陷的大小（表六）
（表四）
扫描速度
起始灵敏度
试件检验厚度（mm）
粗调
细调
增益
输出
抑制
标记
波幅%
试件号
材料
（表五）
试件号
试件厚度s mm
底波水平刻度τb
mm
比例系数
k=s/τb
缺陷波水平刻度τf mm
被测表面至缺陷距离
校核结论
材料
缺陷编号
ⅰ
ⅱ
ⅲ
（表六）
试件号
(02)
探头中心移动距离l（mm）
声场半扩散角
θ=arc sin（1.22n/d）
m=htgθ
缺陷尺寸
l=l－2m
校核结 论
缺陷编号
4、横波探伤
被检工件板厚12mm的对接试块，探伤为焊缝，板材料为碳钢。对被检工件按以下顺序进行探伤测量。
1、选择探头入射角
2、测量探头的入射点和折射角；
3、扫描速度的调整（按声程调整）；
4、时基轴零点的修正和时基轴的调整；
5、调节起始灵敏度；
6、缺陷位置的测定；
（1） 缺陷距探测表面的深度；
（2） 探头至缺陷的水平距离；
7、缺陷大小的确定；
（1） 当量法（并用半波高度法验证）测定缺陷当量尺寸；
（2） 用半波高度法测定纵向缺陷尺寸。
8、列图表计算并分析讨论。
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1、试件的准备
（1）准备各种试件，表面具有一定光洁度；
（2）在探测表面涂上一层耦合剂——机油。
2、仪器的调整
（1）使用22v～30v的直流电源，严禁仪器直接接入交流电源中，或将直流电源的极性反接，否则损坏仪器；
（2）接通电源：开启面板上电源开关k6，这时可听到仪器内部发出频率为1千赫的音响，表示仪器工作正常，约15秒钟后，荧光屏上应出现扫描基线；
（3）调整辉度、聚焦、波形位置：用起子调节仪器上端的电位器w10（辉度旋钮）至基线亮度适中，一般在仪器出厂时辉度已调在较亮位置，以后不必常动。调节旋钮w8（聚焦旋钮）使波形至清晰为止，如果面板上的聚焦控制不能调至波形最清晰时，可用起子略调仪器上端的辅助聚焦电位器至波形更清晰。仪器上端的垂直位移电位器w11可供调节基线上下移动，使基线与荧光屏的刻度重合，便于读测。若要调动屏幕上基线左右位置，调节面板上标有“←→”符号的旋钮w7，可以把始波对准于荧光屏刻度的零位；
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（6）探测深度调节：根据被测零件的厚度，调节“粗调”和“细调”两个控制旋钮，先将“细调”置“0”，然后按试件厚度定“粗调”位置，再调节“细调”至适当位置，以便于观察底波显示。为了便于测距，一般应将始波和底波调至荧光屏标尺0～10宽度；
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（9）探头的使用：根据工件大小、形状和探测要求，选择单探头或双探头工作方式和直探头或斜探头进行探伤。通常对此没有严格的规定，以波形显示利于探伤为准。但必须注意象裂纹这一类的危险缺陷，对超声波的反射有方向性，因此往往有必要利用直探头和斜探头从各个方面进行探测，以避免漏检。
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试块
(05)号
仪器灵敏度
输出
粗调
抑制
微调
增益
校核结论：
2、按照纵波探伤法对（01）号试件位置ⅰ、ⅱ、ⅲ中人为缺陷进行检测，根据水平刻度与探测深度成正比原理判定缺陷位置，选用f=2.5mhz，d=20mm直探头，先调整扫描速度（表二），后进行缺陷位置的判定（表三）。
（表二）
扫描速度
起始灵敏度
试件检验厚度（mm）
粗调
细调
增益
输出
抑制
标记
波幅%
试件号
材料
（表三）
试件号
试件厚度s （ mm）
底波水平刻度τb
（mm）
比例系数
k=s/τb
缺陷波水平刻度τf （mm）
被测表面至缺陷距离
校核结论
（01）
材料
缺陷编号
ⅰ
ⅱ
ⅲ
3、纵波探伤
（1）按实验二的方法判定（02）号试件a和c部位中人工缺陷的位置。选用f=2.5mhz，d=14mm直探头（表五）
（2）根据6分贝法（半波高度法）对（02）号试件部位a中的缺陷进行定量分析，确定缺陷的大小（表六）
（表四）
扫描速度
起始灵敏度
试件检验厚度（mm）
粗调
细调
增益
输出
抑制
标记
波幅%
试件号
材料
（表五）
试件号
试件厚度s mm
底波水平刻度τb
mm
比例系数
k=s/τb
缺陷波水平刻度τf mm
被测表面至缺陷距离
校核结论
材料
缺陷编号
ⅰ
ⅱ
ⅲ
（表六）
试件号
(02)
探头中心移动距离l（mm）
声场半扩散角
θ=arc sin（1.22n/d）
m=htgθ
缺陷尺寸
l=l－2m
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1、选择探头入射角
2、测量探头的入射点和折射角；
3、扫描速度的调整（按声程调整）；
4、时基轴零点的修正和时基轴的调整；
5、调节起始灵敏度；
6、缺陷位置的测定；
（1） 缺陷距探测表面的深度；
（2） 探头至缺陷的水平距离；
7、缺陷大小的确定；
（1） 当量法（并用半波高度法验证）测定缺陷当量尺寸；
（2） 用半波高度法测定纵向缺陷尺寸。
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