超声波探伤与测厚

超声波探伤与测厚实验【实验目的】1、通过实验了解超声波探伤的基本原理，并掌握超声波探伤仪的使用及基本探伤方法。2、探测不同样块的厚度及不同材料中超声波的传播速度。【实验原理】一、超声波探伤原理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20000波长和声速间的关系是：式中c——频率。

cf

（1）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：（又叫指向性（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。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，即图11a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。图1超声波在工件中的传播图1超声波在工件中的传播超声波探伤仪的工作原理并可根据探伤要求调节脉冲的频率及发射能量2。发生器使示波管产生水平扫描线（d bIba则 dbIba（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。ba——底脉冲到始脉冲的扫描刻度。图2探伤仪工作原理示意图图2探伤仪工作原理示意图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（如图则伤脉冲没有（反射波收不到），底脉冲也可能没有。（常用锆钛酸铅脉冲，输给接收放大电路，再加于示波管上。直探头表面向工件发射的是垂直于工件表面的超声波。斜探头是在压电晶体表面上嵌3所示。探头在位置I处，声波恰传播到钢板（焊缝）底部，L1

叫一次声程。探头在位置II处，声波经一次反射后抵达钢板（焊缝）LbLL为:2 1 21Lbcos1式中 L1

——一次声程；L——二次声程；2b——钢板厚度；

（3）2L 2bcos2——与斜探头的角度有关，此处视为在钢板内的折射角。实际上，L与L 的数值不需要操作者计算，它可以借助一个具有为顶角的三角标1 2准样块来确定。当将斜探头自钢板边缘向后移动到I位置时，荧光屏上出现一个底脉冲，记住它的扫描刻度。再将斜探头沿三角标准样块的斜边自上而下移动时，底脉冲沿荧光屏的扫描线自左向右移动当移至刚才的扫描刻度上时测读该处样块的长度即可得知L（或L ）1 2的实际值。图3二次声程法43)III出现，根据伤脉冲的扫描刻度，按比例可计算出S值，并可依下式确定伤的位置，h2dScos图4利用二次声程法探伤lSsin图4利用二次声程法探伤二、超声波测厚原理超声波测量厚度的原理与光波测量原理相似。探头发射的超声波脉冲到达被测物体并来确定被测材料的厚度。【实验内容与步骤】一、超声波探伤实验内容：6。11

则：t

，且ll111

tt1

。如果不成比例，应查找原因。图图5探测一个样块的两个不同厚度方向根据同一原理（又称图象比例法）测定人工试样内平底孔到探测面的距离，如图7。6图象比例法探测同一样块上同一深度的不同直径的平底孔，比较其各孔伤脉冲的高低，从而建立起在探伤条件（材料、仪器灵敏度、表面粗糙度等）8。探测同一样块上相同深度位置直径大小相等的平底孔和横通孔，比较它们的伤脉冲高低，建立起在探测条件相同情况下，伤脉冲的高低与伤的表面形状有关的概念。见图图图7探测样块底面的不同孔径图图8同一深度下横孔和平底孔的探测图探测样块中细长孔的长度，验证采用半波高度法确定伤的范围的准确性。见图10。9细长小孔探测图在直角三角标准试块上测定钢板的声程取斜探头自钢板的一个边缘向后滑移，如图3所示，当探头在I位置时，荧光屏上出现有最高的脉冲值，记录其对应的扫描刻度值。然后将探头置于三角试块的斜边上，并沿斜边自上向下移动，当底脉冲停在刻度t

位置时，测量L111

L1

即是一次声程的大小。同样可以确定二次声程L2的大小。1探测一块单面V1

2S（3）2之间走“之”字形路线，观察有无缺陷，如图11。图10 焊缝探伤示意图超声波探伤实验步骤：11（选择及调整过程中请根据指导教师的指导及要11实验装置求进行，不得任意使用旋钮。）在探伤过程中，为了排除探头与工件之间的空气间隙，使超声波能量尽可能多地入射通常选用机油作耦合剂。实验步骤如下：检查各接线是否牢固可靠。熟悉探伤仪面板上各个旋钮的作用。根据工件材料选择探头的频率，并接好探头。检查所测工件表面情况，清除锈、污等。准备好耦合剂，毛刷等工具。打开开关，待扫描出现后，调节扫描始点与零刻度值重合。测定时以一定压力缓慢移动探头，使探头与工件表面尽量接触好。记录下所需要的数据。【数据记录及处理】说明超声波探伤与测厚的基本原理。说明基本探伤方法：图象比例法、半波高度法、二次声程法。并说明其各自用途。按下图格式记录实验内容，“图示”栏内绘出样块及探头的相应位置，并标出需序号图示序号图示显示图形结论与说明12…6【思考题】通过试样上人工伤的探测实验，你对探伤仪的最小灵敏度是怎样理解的（灵敏度）？当一个零件的厚度尺寸不知道的话，你能通过使用探伤仪判断吗？怎么判断？（刻度值为如果某处底脉冲突然降至个刻度值时又没有伤脉冲出现，你估计是什么原因？是否底脉冲降低一定是伤脉冲提高？范围内探测就行？3、超声波探伤的基本原理是什么？答：超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。目前便携式的脉冲反射式超声波探伤仪大部分是A扫描方式的，所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离1)，反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形4、超声波探伤与X射线探伤相比较有何优的缺点？X5、超声波探伤的主要特性有哪些？答：（1）超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过射线而不能反射；陷的位置。超声波的传播能量大，如频率为1MHZ（100赫兹）1000HZ（赫兹）1006、超生波探伤板厚14毫米时，距离波幅曲线上三条主要曲线的关系怎样答：测长线Ф1х 6－12dB定量线Ф1х 6判度线Ф1х 67、用超生波探伤时，底波消失可能是什么原因造成的？好。8、简述超生波探伤中，超生波在介质中传播时引起衰减的原因是什么？答：（1）超声波的扩散传播距离增加，波束截面愈来愈大，单位面积上的能量减少。（2）材质衰减一是介质粘滞性引起的吸收；二是介质界面杂乱反射引起的散射。32.有关超声波探伤的国家标准和行业标准超声波探伤国家标准和行业标准有：1、QB/T12604.1–90无损检测术语超声检测2、JB/T10061-1999A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件NO.12KK1K1.5对应角度NO.12KK1K1.5对应角度4556.33345K2K2.5K363.468.271.6编号1编号1234被测工件厚度4—5mm6—8mm9—10mm11—12mm选择探头和斜率6×6K38×8K39×9K39×9K2.5选择探头和斜率不锈钢：1.25MHz铸铁：0