2024/9/2013.3超声波探伤用仪器、探头和试块3.3.1超声波探伤仪ultruasonic flaw detector2024/9/202 主动型超声波检测仪器2024/9/203被动型超声波检测仪器 2024/9/2043.3.1.1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。 2024/9/2052B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。2024/9/2063C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。2024/9/2072.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。2024/9/2082连续波 连续的发射和接收频率和振幅都不变的超声信号。2024/9/2093.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。2024/9/20103.3.1.2 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2024/9/20113.3.1.3.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。2024/9/20121)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/2 t为晶片厚度。 2024/9/2013压电材料：Crystal单晶材料、多晶材料(压电陶瓷)居里温度。2024/9/20142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。2024/9/20153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。2024/9/20162.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。2024/9/20172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）2024/9/2018横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝探伤、气轮机叶轮探伤等。直探头和斜楔组成。2024/9/20193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。2024/9/20204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：Fc1r/(c1c2)2024/9/20213.探头的型号频率 晶片材料 晶片尺寸 探头种类 特征如如2.5B20Z,5P6*6K3,5T20FG10Z2.5B20Z,5P6*6K3,5T20FG10Z2024/9/20223.3.2试块test block） 按一定作用设计制作的具有简单几何形状人工反射体的试样，称为试块。 试块按来历分： 标准试块和参考试块； 按试块上人工反射体分： 平底孔试块 横孔试块 槽形试块2024/9/20233.3.2.1 IIW试块 IIW试块是国际焊接学会标准试块，也称荷兰试块和船形试块。尺寸如图所示。2024/9/2024用途1.调整纵波探测范围和扫描速度；2.测仪器的水平线形、垂直线形和动态范围；3.厕直探头和仪器的分辨力；4.测直探头和仪器组合后的穿透能力；5.测直探头和仪器的盲区；6.测斜探头的入射点；7.测斜探头的入射角；8.测斜探头和仪器的灵敏度余量；9.调整横波探测范围和扫描速度。2024/9/20253.3.2.2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。2024/9/2026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；2024/9/20273.3.2.2 CSK-A试块CSK-A试块是我国锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤JB115281标准规定的标准和试块，是在IIW试块基础上改进后得到的。2024/9/20281.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。 仪器水平线性的好坏影响缺陷定位。利用CSK-IA试块进行仪器和探头性能的测试2024/9/20291将直探头置于CSK-IA试块上，对准25mm厚的大平底；2调微调、程度或脉冲等旋钮，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； |amax|/0.8b |amax|=max(a2、a3、a4)； b示波屏水平满刻度值。测试步骤2024/9/20302.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。2024/9/2031测试步骤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CSKIA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。2024/9/2032 衰减量dB024681012141618202224回波高度实测绝对波高Hi相对波高理想相对波高10079.468.150.139.831.625.119.915.812.6107.96.3 偏差表中：实测相对波高Hi/H0100 理想相对波高10dB/201002024/9/20335计算垂直线性误差 D=(|d1|+|d2|)% |d1|实测值与理想值最大正偏差； |d1|实测值与理想值最大负偏差；2024/9/20343.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。2024/9/20354.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 l0RM2024/9/20365.斜探头的K值和s斜探头K值是指被探工件中横波折射角s的正切值。探头置于B位置时，s在3560度时；探头置于C位置时，s在6075度时；探头置于D位置时，s在7580度时；若探头在C位置，那么 K=tgs=(Ll035)/302024/9/20376.探伤灵敏度flaw detection sensitivity） 探伤灵敏度是指整个探伤系统发现最小缺陷的能力。灵敏度常用灵敏度余量来衡量。灵敏度余量是指仪器最大输出时，使规定反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。2024/9/20381仪器与直探头的灵敏度余量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 将探头对准试块上2平底孔，调衰减器使2平底孔回波高达50，记下此时衰减器读数N2dB，则仪器与探头的灵敏度余量N为 NN2 N1dB2024/9/20392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CSKIA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 NN2 N1dB2024/9/20407.盲区dead zone） 盲区是指从探测面到能够发现缺陷的最小距离。 盲区的测定可在盲区试块上进行，如果没有盲区试块，可利用CSKIA试块来估计盲区的范围。2024/9/20418.分辨力resolving power，resolution） 仪器与探头的分辨力是指在示波屏上区分相邻两缺陷的能力。 2024/9/20421仪器与直探头的分辨力a抑制至0，探头置于CSKIA的处，左右移动探头，使示波屏上出现85、91、100三个反射回波A、B、C。b 当A、B、C不能分开时，分辨力RP为： RP=(9185)a/(a-b)(mm)c 当A、B、C能分开时，分辨力RP为： RP=(9185)c/a(mm)2024/9/20432仪器与斜探头的分辨力a 探头置于CSKIA试块上对准50、44、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50、44回波等高，其波峰为，波谷为h2，则其分辨力为 X=20lg(h1/h2)(dB) 实际测试时，用衰减器将h1衰减到h2，其衰减量N就为分辨力，即XN2024/9/20449.扫描速度的调整 仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值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。2024/9/2045横波扫描速度的调整1声程调整法 使示波屏上的水平刻度值与工件或试块中的实际声程x之间的比例，即：x1：n，这时仪器示波屏直接显示反射体横波声程。 利用CSKIA试块调整横波扫描速度：调节仪器，使B1对50，B2对100，此时横波扫描速度就为1：12024/9/2046横波探伤术语2024/9/20472水平距离调整法 按水平距离调整横波扫描速度是使示波屏上水平刻度值与工件或试块中反射体的水平投影距离l成比例，即：l1：n。 利用CSKIA试块调整：先计算R50，R100圆弧反射波B1，B2对应的水平距离l1，l2： l1=50K/(1+K2)1/2; l2=100K/(1+K2)1/2 然后将横波探头对准R50和R100，调节仪器使B1，B2分别对准水平刻度l1，l2即可。2024/9/20483深度调整法 按深度调整横波扫描速度是使示波屏上水平刻度值与工件或试块中反射体的深度d成比例，即：d1：n。 利用CSKIA试块调整：先计算R50，R100圆弧反射波B1，B2对应的深度d1，d2： d1=50/(1+K2)1/2; d2=100/(1+K2)1/2 然后将横波探头对准R50和R100，调节仪器使B1，B2分别对准水平刻度d1，d2即可。2024/9/2049休息一下休息一下