超声波探伤实验报告
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超声波探伤
一、实验目的
1.通过实验了解超声波探伤的基本原理;
2.掌握超声波探伤仪器的各个旋钮的名称、功能和使用方法。
3.了解超声检测仪的使用规范 。
二、实验设备和器材
1.超声检测仪
2.直探头和斜探头
3.耦合剂:甘油
4.试块和试件
三、实验内容
超声波探伤是利用探头发射超声波扫描试件内部,在荧光屏上可得到工件两界面(表面及底面)的反射波,如工件内部有缺陷,则缺陷将产生缺陷反射回波并显示在两界面波之间。缺陷波峰距两界面波之间的距离即缺陷至两界面之间的距离,缺陷大小及性质可按相关标准确定。
1、超声波探伤原理
(1)超声波的传播特性
声波是由物体的机械振动所发出的波动,它在均匀弹性介质中匀速传播,其传播距离与时间成正比。当声波的频率超过20000赫时,人耳已不能感受,即为超声波。声波的频率、波长和声速间的关系
是:
f
c =λ (1)
式中 λ——波长;c ——波速;f ——频率。
由公式可见,声波的波长与频率成反比,超声波则具有很短的波长。
超声波探伤技术,就是利用超声波的高频率和短波长所决定的传播特性。即:
1)具有束射性(又叫指向性),如同一束光在介质中是直线传播的,可以定向控制。
2)具有穿透性,频率越高,波长越短,穿透能力越强,因此可以探测很深(尺寸大)的零件。穿透的介质超致密,能量衰减越小,所以可用于探测金属零件的缺陷。
3)具有界面反射性、折射性,对质量稀疏的空气将发生全反射。声波频率越高,它的传播特性越和光的传播特性接近。如超声波的反射、折射规律完全符合光的反射、折射规律。
利用超声波在零件中的匀速传播以及在传播中遇到界面时发生反射、折射等特性,即可以发现工件中的缺陷。因为缺陷处介质不再连续,缺陷与金属的界面就要发生反射等。如图1所示超声波在工件中传播,没有伤时,如图1a ,声波直达工件底面,遇界面全反射回来。当工件中有垂直于声波传播方向的伤,声波遇到伤界面也反射回来,如图1b 。当伤的形状和位置决定界面与声波传播方向有角度时,将按光的反射规律产生声波的反射传播。
2、超声波探伤仪的工作原理 超声波探伤仪首先是个超声波发生器,它利用交流电源和振荡电路,产生高频电脉冲,并可根据探伤要求调节脉冲的频率及发射能量。超声波探伤仪还具有将接受到的电脉冲依其能量的大小、时间的先后通过荧光显示屏显示出来的功能。其工作原理示于图2。发生器使示波管产生水平扫描线(一条亮线,代表时间轴),接收放大器使接受到的脉冲信号作用于示波管的垂直偏转板,并按信号收到的时间先后将水平扫描线的相应部位拉起脉冲值。始脉冲是仪器发射出去的原始脉冲信号,伤脉冲是超声波自工件内缺陷处返回的脉冲信号,底脉冲则是超声波自工件底部返回来的脉冲信号。由于超声波在工件内是匀速传播的,因此在工件内走过的路程越长,返回的时间越晚,所以底脉冲要比伤脉冲出现的晚,它们在荧光屏上的水平距离反应了超声波在工件内走过的距离。因此有:
a
b b I d = 则 I b b d a
⋅= (2)
式中:d ——工件表面至缺陷的距离。
I ——沿探测方向的工件厚度。
b ——伤脉冲到始脉冲的扫描刻度。
超声波在介质中传播是有能量衰减的。走过的距离越长,反射回来的能量也越小,表现在接收回来的脉冲高度要减少。如果伤较小,少量超声波自伤处反射回来,将有一个矮的伤脉冲,此时大部分能量抵达工件底面,底脉冲仍较高。如果伤面积很大,则伤脉冲就会高,相应的底脉冲就会很小。如遇到伤很大,或其界面又不垂直于超声波入射的方向(如图1c ),则伤脉冲没有(反射波收不到),底脉冲也可能没有。
图1 超声波在工件中的传播
b——底脉冲到始脉冲的扫描刻度。
a
图2 探伤仪工作原理示意图
超声波探头是超声波探伤仪的重要附件,工程上所用的探头分为直探头和斜探头两种。探头又叫做换能器,探伤仪发射出来的是高频电脉冲,利用探头上的压电晶体(常用锆钛酸铅)将电脉冲转换成机械振动——超声波。探头又可以将由工件上接收到的超声波转换成电脉冲,输给接收放大电路,再加于示波管上。
3、各旋钮功能
电源开关——用以接通电源。
电源指示灯——用以表示电源接通。
延迟扫描
把同步脉冲信号延迟一段时间再触发时间扫描电路的工作状态,使时间扫描滞后于发射脉冲一段时间,延迟量可用延迟调节旋钮调整。
辉度
调节示波管电子束的发射强度,控制示波屏上时基线与波形的显示亮度。
聚焦
用于调节示波管电子束的聚焦程度,使示波屏上的时基
垂直调节
使时基线在示波屏上作上下移动以达到适合观察的位置。
水平调节
使时基线在示波屏上左右移动达到适合的位置。
增益
包括步进分档式的定量增益旋钮(以分贝为计量单位)和连续可调的非定量增益旋钮(多用作增益微调)。
衰减器
包括粗调(多以6、10或12dB步进分档)和细调(0.5、1或2dB步进分档)。调节接收放大电路的放大倍数,利用衰减器定量控制接收信号的幅度大小。
发射强度
调节发射电脉冲的幅度(发射电压)和持续时间(脉冲宽度),从而控制超声波的辐射功率。重复频率
调节同步电路单位时间内产生同步脉冲的次数,从而控制单位时间内发射超声脉冲的次数。抑制
用于抑制杂波、电噪声及材料本底噪声等产生的不必要的干扰信号,以提高信噪比和使波形显示清晰,但也同时降低了检测灵敏度。
深度补偿
用于抑制近区灵敏度,相对地提高远区灵敏度,以提高分辨力和减小有效探测盲区。
深度
调节荧光屏扫描线所代表的探测范围
分为粗调与细调,前者为分档型,后者为连续调整型。相邻分档范围可以相互覆盖。
延迟
用于调节同步脉冲触发信号在时基电路中延迟量的大小。
标记
利用标记旋钮调节其在时基线上的位置,用作探测距离或某个回波位置的标志点。
闸门起位
调节报警闸门(矩形波)前沿(即监视起点)在显示屏时基线上的位置(称为闸门起始位置)。闸门宽度
调节报警闸门(矩形波)的宽度。
报警灵敏度
调节驱动报警装置的电平阈值。
报警
探伤仪上用于接通报警电路的开关。
报警输出
把报警信号输送给外部报警装置
工作频率
根据超声波探头的工作频率选定
标尺
控制示波管屏面刻度板照明
探头选择
探头工作模式选择的转换开关