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。