超聲檢測實驗

1、超聲檢測學(xué)實驗指導(dǎo)書（機電學(xué)院測控技術(shù)及儀器專業(yè)使用）彭光俊趙志編武漢理工大學(xué)教材中心2003年6月第一部分A 型脈沖反射式超聲探傷系統(tǒng)工作性能測試實驗一水平線性的測定一、實驗?zāi)康膶W(xué)會使用超聲波探傷儀，熟練掌握超聲探傷系統(tǒng)水平線性的測試方法。二、概要水平線性即超聲探傷儀對距離不同的反射體所產(chǎn)生的一系列回波的顯示距離與反射體距離之間能夠按比例方式顯示的能力。A 型顯示超聲探傷儀示波管內(nèi)的電子束受與時間成線性關(guān)系的掃描電壓作用，而在水平方向掃描形成時間基線。由于反射體的回波位置是在有線性刻度的時間基線標尺上讀出的，因此，水平掃描線（時間基線）的非線性會引起定位誤差。本測試就是為了檢查超聲探傷系統(tǒng)的

2、時基線性。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： 2.5P 20-D 型直探頭， 2.5P 13 ×13K1.5-D 型斜探頭各 1 個電纜： QQ9-2 電纜線（帶接頭）1 條試塊： CSK- A 型試塊1 塊耦合劑：機油1 杯工具：小螺絲刀1 把四、實驗內(nèi)容及步驟（一）采用直探頭測定水平線性1 將探傷儀的 抑制 置于“ 0”，其它調(diào)整取適當值。2 將直探頭壓在 CSK- A 型試塊的 A 位置，中間加適當?shù)鸟詈蟿员３址€(wěn)定的聲耦合，如圖1-1 所示。3 調(diào)節(jié) 深度范圍 、 深度微調(diào) 和 脈沖移位 旋鈕，使屏幕上顯示出圖 1-1第 6 次底波。4調(diào)節(jié) 粗調(diào)衰

3、減 、 細調(diào)衰減 和 增益 旋鈕，當?shù)撞?B1 和 B6 的幅度分別為50%滿刻度時，將它們的前沿分別對準刻度0 和 100（設(shè)水平全刻度為100 格）。 B1 和 B6 的前沿位置在調(diào)整中如果相互影響，則應(yīng)反復(fù)進行調(diào)整。5再依次分別地將底波動B2、B3、B4、B5 調(diào)到 50%滿刻度，并分別讀出底波B2、B3、B4、 B 的前沿與刻度20、 40、60、80的偏差 、 （以格數(shù)計） ，如圖1-2 所示，52345將數(shù)據(jù)填入表 1-1。表 1-1水平線性測試記錄底面回波次數(shù)123456水平刻度讀數(shù)偏差6取其中最大的偏差值 max。則水平線性誤差L 為：L = | max | %注意事項：圖1-

4、2 中的 B1 B6 是分別調(diào)到同一幅度，而不是同時達到此幅度。（二）采用斜探頭測定水平線性采用斜探頭測定水平線性的測試方法與采用直探頭測定水平線性的測試方法相同。五、實驗報告要求1 列出實驗數(shù)據(jù)，計算水平線性誤差。2 為什么讀回波在水平標尺上的位置時應(yīng)將回波幅度分別調(diào)到某一相同高度（如滿刻度的 50%）？圖 1-23在水平線性誤差很大的情況下，如何較精確地測定反射體深度？4水平線性誤差影響什么？實驗二垂直線性的測定一、實驗?zāi)康氖炀氄莆粘曁絺到y(tǒng)垂直性的測試方法。二、概要垂直線性即超聲探傷儀的接收信號與熒光屏所顯示的反射波幅度之間能按比例方式顯示的能力。當需要根據(jù)回波幅度評定缺陷時，A 型顯

5、示超聲波探傷儀熒光屏上顯示出的信號幅度與輸入到放大器的信號幅度是否呈線性關(guān)系具有重要意義。 本測試是為了檢查超聲探傷儀增益線性和衰減器精度兩者的綜合效果。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： 2.5P 20-D 型直探頭， 2.5P 13 ×13 K1.5-D 型斜探頭各 1 個電纜： QQ9-2 電纜線（帶接頭）1 條試塊： DB-PZ20-2型試塊1 塊耦合劑：機油1 杯工具：小螺絲刀1 把四、實驗內(nèi)容及步驟（一）采用直探頭測定垂直線性1 探傷儀的 抑制 置于“0”，其它調(diào)整取適當值。2 將直探頭壓在DB-PZ20-2 型試塊的上表面中心位置，中間加適當?shù)?/p>

6、耦合劑，并將平底孔的回波調(diào)至屏幕上時基線的近中央處， 如圖 2-1 所示。3 調(diào)節(jié) 粗調(diào)衰減 、 細調(diào)衰減 、 增益 和探頭位置，使平底孔的回波高度恰為 100%滿刻度，此時細調(diào)衰減器至少應(yīng)有 30dB 的衰減余量。圖 2-14以每次 2dB 的增量調(diào)節(jié) 細調(diào)衰減 ，每次調(diào)節(jié)后，用滿刻度的百分值記下回波幅度，一直繼續(xù)到衰減值為26dB ，測量精度為 0.1%。將測試結(jié)果列入表2-1。測試值與波高理論值之差為偏差值。5從表中取最大正偏差 d（ +）和最大負偏差d（）的絕對值之和為垂直線性誤差d（以百分值計） ，它由下式給出：dd ()d () %表 2-1垂直線性測試記錄衰減量波高理論值測試值偏

7、 差回波的消失（ dB）（ %）（ %）（ %）情況0100.0279.4463.1650.1839.81031.61225.11420.01615.81812.52010.0227.9246.3265.02830(二 )采用斜探頭測定垂直線性采用斜探頭測定垂直線性，斜探頭應(yīng)放置在試塊側(cè)面，測試方法與采用直探頭時相同。五、實驗報告要求1列出實驗數(shù)據(jù)，計算垂直線性誤差。2用本實驗所述方法測定垂直線性有何不足之處？3要準確測定儀器的垂直線性應(yīng)采用什么方法？4垂直線性誤差影響什么？實驗三斜探頭入射點的測定一、實驗?zāi)康氖炀氄莆招碧筋^入射點的測試方法。二、概要用橫波斜探頭確定反射體的位置時，必須了解探頭

8、的入射點。在斜射探傷中，超聲束的中心入射于探傷面的一點，即為斜探頭的入射點。本測試是為了測定斜探頭聲束中心在入射探傷面上的位置（入射點）。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： 2.5P 13 ×13 K1.5-D 型斜探頭1 個電纜： QQ9-2 電纜線（帶接頭）1 條試塊： CSK- A 型試塊1 塊耦合劑：機油1 杯四、實驗內(nèi)容及步驟1將斜探頭壓在CSK- A 型試塊上如圖3-1 所示的位置，中間加適當?shù)鸟詈蟿┮员３址€(wěn)定的聲耦合。使聲束朝向 R100 的曲面，并在探頭聲束軸線與試塊側(cè)面保持平行的情況下前后移動探頭，至曲面回波的幅度達到最大。2讀出試塊上射點

9、，讀數(shù)應(yīng)精確到圖 3-1R100 圓心標記線所對應(yīng)的探頭側(cè)面刻度，0.5 。此刻度位置即斜探頭的入五、實驗報告要求1怎樣利用入射點來定位缺陷？2直探頭需要測試入射點嗎？為什么？實驗四斜探頭折射角或K 值的測定一、實驗?zāi)康氖炀氄莆招碧筋^折射角或K 值的測試方法。二、概要用橫波斜探頭確定反射體位置時，必須知道探頭的真實折射角或K 值。折射角即折射波的傳播方向和入射點處的探傷面法線之間的夾角。本測試是為了測定斜探頭聲束入射于探傷面時的折射角（）或斜探頭的 K （ K=tg ）值。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： K1.0 3.0 型斜探頭1 個電纜： QQ9-2 型電纜線

10、（帶接頭）1 條試塊： CSK- A 型試塊1 塊耦合劑：機油1 杯四、實驗內(nèi)容及步驟（一）斜探頭折射角的測定1根據(jù)斜探頭折射角的不同標稱值，把探頭壓在 CSK- A 型試塊上的不同位置，如圖 4-1 所示，中間加適當?shù)鸟詈蟿┮员３址€(wěn)定的聲耦合。圖 4-1a當折射角為34° 66°時，探頭放在圖4-1（ a）的位置，使用50 孔的回波進行測定。b當折射角為60° 75°時，探頭放在圖4-1（ b）的位置，使用50 孔的回波進行測定。c當折射角為74° 80°時，探頭放在圖4-1（ c）的位置，使用1.5 孔的回波進行測定。在探頭聲束軸

11、線與試塊側(cè)面保持平行的情況下前后移動探頭，使回波達到最大。2讀出探頭入射點在試塊側(cè)面上所對應(yīng)的角度刻度值，此刻度值即為斜探頭的折射角 ，讀數(shù)應(yīng)精確到 0.5 度。3計算 K 值K=tg 表 4-1K 值和折射角 的對應(yīng)值K0.81.01.52.02.53.038° 3945°056° 1963° 2668° 1271° 34(二 )斜探頭 K 值的測定1使用 CSK- A 型試塊可以直接測定斜探頭的K 值。將斜探頭壓在試塊上的不同位置如圖 4-1 中的（ a）和（ b），中間加適當?shù)鸟詈蟿┮员３址€(wěn)定的聲耦合。a. 當K 值為1.0 1

12、.5時，探頭放在圖4-1（ a）的位置，使用用50 孔的回波進行測定。b. 當K 值為2.0 3.0時，探頭放在圖4-1（ b）的位置，使用用50 孔的回波進行測定。2在探頭聲束軸線與試塊側(cè)面保持平行的情況下前后移動探頭，使回波達到最大。3從探頭入射點在試塊側(cè)面所對應(yīng)的刻度值即可直接讀出斜探頭的K 值。五、實驗報告要求1用本實驗所述的兩種測定K 值的方法對同一探頭測得值是否相同？為什么？2 K 值測定時對試塊有何要求？第二部分距離波幅曲線的測繪實驗五縱波距離波幅曲線的測繪一、實驗?zāi)康氖炀氄莆者\用CS-2 型平底孔試塊測繪縱波距離波幅曲線的方法。二、概要在超聲探傷中，由于材料或工件中自然缺陷的形

13、狀、性質(zhì)各不相同，所以目前還很難確定缺陷的真實大小。為此多采用“當量法”對缺陷進行定量，即將自然缺陷與形狀規(guī)則的人工缺陷相比較，當所發(fā)現(xiàn)的自然缺陷的回波高度與同樣探測條件下某個人工缺陷的波高相等時，該人工缺陷的尺寸即稱為所發(fā)現(xiàn)的自然缺陷的當量尺寸。本實驗通過對一組探測深度和孔徑不同的標準試塊進行實測，繪制不同大小的人工缺陷在不同聲程時相對波高變化的曲線，即距離一波幅一當量曲線，簡稱“AVG 線圖”。這樣一系列曲線可以用來對缺陷進行定量。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： 2.5P 20-D 型直探頭1 個電纜： QQ9-2 電纜線（帶接頭）1 條試塊： CS-2 型試

14、塊1 組耦合劑：機油1 杯工具：小螺絲刀， 鋼卷尺各 1 把CS-2 型試塊的結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-1 所示。L ：25，50，75，100，125，150，200，250，300，400，500。d： 2，3， 4， 6， 8， 。四、實驗內(nèi)容及步驟1將探傷儀的 抑制 置于“ 0”。3 調(diào)整掃描速度。 （即熒光屏上水平刻度值與實際聲程的比例關(guān)系。）因為最大聲程 Lmax =500+25 =525 ，所以掃描速度應(yīng)調(diào)為 1 6。方法如下：將直探頭壓在厚度為 100 的試塊上表面四分之一直徑的位置，如圖 5-2 所示，中間加適當?shù)鸟詈蟿?。調(diào)節(jié) 深度圖 5-1范圍 、 深度微調(diào) 和 脈沖移動 旋鈕，使熒

15、光屏上出現(xiàn)6 次回波，并使第三次和第六次回波的前沿分別對準水平刻度“5”和“ 10”。圖 5-2圖 5-33調(diào)起始靈敏度（ 1）將 衰減 置于合適位置（對于2，3，4，6，8 平底孔試塊置于“0”，對于平底試塊置于20dB ）。（ 2）將直探頭壓在一組CS-2 型試塊中聲程最大的試塊的圓心位置，中間加適當?shù)鸟詈蟿鐖D5-3 所示。移動探頭使平底孔回波最高，調(diào)節(jié) 增益 ，使該回波高度達到基準高度（即垂直滿刻度的50%），記錄此時的L 和 dB 數(shù)，在以后的測試過程中， 增益 固定。4測試將探頭分別置于該組各個不同聲程試塊上的圓心處，中間加適當?shù)鸟詈蟿?，移動探頭找平底孔最高回波。找到后，調(diào)節(jié) 衰

16、減 ，使回波幅度達到基準高度，并記錄相應(yīng)的L 和dB 的數(shù)。5按照上述方法，測試其它孔徑的試塊。6將所測數(shù)據(jù)填入下表。表 5-1距離、波幅測試記錄表L（）dB500400300250200150125100755025? （）234687繪制曲線以 L 為橫座標，相對波高（ dB ）為縱座標，在座標紙上繪制距離 -波幅曲線。圖中應(yīng)注明人工缺陷大?。雌降卓字睆剑?，探頭直徑及頻率等。五、注意事項1 抑制 應(yīng)置于“ 0”。2靈敏度調(diào)好后， 增益 固定，只能調(diào)節(jié) 衰減 。3探測時必須找到平底孔的最高回波。4平底孔的回波在一次底波前25 處，注意辨認。5測試過程中，防止摔壞儀器、探頭和試塊。請注意安

17、全。六、實驗報告要求1列出實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗結(jié)果繪制曲線。2比較測試結(jié)果與實際平底孔大小的誤差，分析產(chǎn)生測試誤差的原因，分析近場區(qū)情況。實驗六橫波距離波幅曲線的測繪一、實驗?zāi)康氖煜こ暡ㄌ絺嚓P(guān)標準，熟練掌握運用RB-3 型試塊測繪橫波距離波幅曲線的方法。二、概要橫波距離波幅曲線表明某種反射體的探測距離與回波高度的關(guān)系，在焊縫探傷中用以調(diào)節(jié)儀器的靈敏度和對缺陷進行定量。根據(jù)超聲波探傷標準，規(guī)定該曲線由判廢線RL ，定量線 SL 和評定線 EL 組成，不同驗收級別的各線靈敏度見表6-2。表中的 DAC 是以 ? 3 標準反射體繪制的距離波幅曲線（即 DAC 基準線），評定線以上至定量線以下為I

18、區(qū)（弱信號評定區(qū)） ，定量線至判廢線以下為 II 區(qū)（長度評定區(qū)） ，判廢線以上為 III區(qū)（判廢區(qū)）。本實驗將在 RB-3型試塊上實測，并繪制這些曲線。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： 2.5P 13×13 K1.5-D 型斜探頭1 個電纜： QQ9-2 電纜線（帶接頭）1 條試塊： RB-3 型試塊1 塊耦合劑：機油1 杯工具：小螺絲刀， 300 鋼尺各 1 把四、實驗內(nèi)容及步驟1按深度 1 1 調(diào)整掃描速度（即熒光屏上水平刻度值與實際深度的比例關(guān)系）。（ 1）在 RB-3 型試塊上選擇兩個不同深度的橫孔，兩孔的深度差要較大。 本實驗選擇深度分別為20

19、 和 80 的孔。（ 2）將探頭壓在 RB-3 型試塊上，中間加適當?shù)鸟詈蟿?，讓探頭聲束分別對準深度 20 和 80 的橫孔，如圖 6-1 所示。調(diào)節(jié) 深度范圍 和 衰減 ，找到孔的最大回波。圖（ 3）調(diào)節(jié) 深度微調(diào)和“ 8”的位置，如圖6-22確定起始靈敏度6-1 和 脈沖移位所示。圖 6-2 旋鈕，使它們的回波前沿分別對準水平刻度“2”深度（ 1）將 抑制 置于“ 0”。（ 2）將 衰減 置于適當位置。一般探頭對準H=60 的孔， 衰減 預(yù)置 30dB 左右。（ 3）調(diào)節(jié) 增益 旋鈕，使處于60 深的橫孔回波為垂直滿刻度的50%，記錄此時的H 和 dB 數(shù)。在以后的測試過程中， 增益 固定

20、。3測試將探頭分別對準深度為10、 20、30、 40、 50、 60、70、80、90、 100 的孔，并調(diào)節(jié) 衰減 旋鈕，分別使其回波高度達垂直滿刻的50%。記錄每次相應(yīng)的衰減器讀數(shù)，將數(shù)據(jù)填入下表。表6-1距離、波幅測試記錄表H （）102030405060708090100dB4繪制曲線（ 1）以深度 H 為橫座標，相對波高（ dB ）為縱座標，在座標紙上將表 6-1 中的各點連成圓滑曲線，該曲線即為 ? 3 橫孔 DAC 曲線（基準線） 。（ 2）根據(jù)表 6-2 規(guī)定的各線靈敏度和被探測板厚的要求，在基準線下分別繪出判廢線 RL ，定量線 SL 和評定線 EL ，并標明波幅的分區(qū)。表

21、 6-2距離波幅曲線的靈敏度級別BC板A厚8 300（）8 300（）DAC8 50（）判廢線DACDAC 4 dBDAC 2 dB定量線DAC 10dBDAC 10 dBDAC 8 dB評定線DAC 16 dBDAC 16 dBDAC 14 dB（ 3）在繪制好的曲線圖上標明儀器編號，探頭頻率，缺陷（橫孔）的大小。K 值、晶片尺寸及試塊上人工五、注意事項1 抑制 應(yīng)置于“ 0”。2靈敏度調(diào)好后， 增益 固定，以后測試時只能調(diào)節(jié)衰減。3探測時必須找到橫孔的最高回波。4試塊很重，表面又滑，測試過程中試塊翻面時應(yīng)十分小心，注意安全。六、實驗報告要求1列出實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗結(jié)果繪制曲線。2分析產(chǎn)生誤

22、差的原因，分析近場區(qū)情況。第三部分試件的檢驗實驗七焊縫超聲波探傷一、實驗?zāi)康氖炀氄莆諜M波探測焊縫缺陷的方法。二、概要平板對接焊縫中的缺陷如氣孔、夾渣、未焊透等都呈體積型，有一定的大小。一般說來，從任何方向入射其上的超聲波都有相當大的反射，但裂紋、未熔合這類缺陷以其一定的取向，須選擇合適的入射方向。鍋爐、鋼制壓力容器，電廠管道和船舶等對接焊縫的超聲波探傷，一般應(yīng)用斜探頭發(fā)射的超聲波傾斜入射焊縫，以探測其內(nèi)部缺陷。三、實驗用品儀器： CTS-22 型超聲波探傷儀1 臺探頭： 2.5P 13×13 K1.5-D 型斜探頭1 個試塊： RB-3 型試塊， 參比試塊各 1 塊量具：鋼尺1 支試

23、件：雙面焊平板對接焊縫試件1 塊耦合劑：機油1 杯四、實驗內(nèi)容及步驟1按深度 1 1 調(diào)整掃描速度。 （方法同實驗六）2距離波幅曲線的校正。 （利用實驗六測繪的橫波距離波幅曲線。）（ 1）根據(jù)被探工件的最大深度，從距離波幅曲線上查得對應(yīng)的? 3 橫孔的 dB 數(shù)， 衰減 旋鈕調(diào)至此dB 值。（ 2）探頭壓在 RB 3 試塊上，中間加適當?shù)鸟詈蟿?。移動探頭，找出相應(yīng)深度的孔的最高回波。（ 3）調(diào)節(jié) 增益 旋鈕，使回波達到基準高（垂直滿刻度的50%）。3測試表面聲能補償量。（ 1）將斜探頭置于參比試塊（該試塊的表面粗糙度與被探材料的表面粗糙度一致，結(jié)構(gòu)尺寸與RB-3 型試塊相同。 ）上的 A 處，

24、對準一孔（如H=60 的孔），如圖 7-1 所示。衰減器預(yù)置30dB，調(diào)節(jié) 增益 旋鈕，使 H=60 的橫孔回波為滿幅度的50% ，記下此時衰減器的讀數(shù)N1。（ 2）將探頭移至RB-3 型試塊上的相應(yīng)位置A 處，只調(diào)節(jié) 衰減 旋鈕，使 ? 3 橫孔的最大反射波也為滿幅度的50%，如圖 7-2 所示。記下此時衰減器的讀數(shù) N2。（ 3）表面聲能補償量NN 2N 1 ( dB )4靈敏度的調(diào)整（ 1）在距離波幅曲線上查找探測深度與評定線對應(yīng)的圖 7-1dB 數(shù)N。（ 2）將衰減器置于圖 7-2NN (dB )圖 7-3，靈敏度即調(diào)整完畢。 （也可以在距離波幅曲線上將判廢線，定量和評定線同時向下平移5粗探NdB ）。斜探頭垂直于