第4章超声检测的设备与器材

1Xi'anPolytechnicUniversity第4章超声检测设备与器材主讲教师：王秋萍2主要内容4.1超声波探伤仪4.2探头4.3耦合剂4.4试块Xi'anPolytechnicUniversity34.1超声检测仪Xi'anPolytechnicUniversity

超声检测仪器分类

A型脉冲反射式超声波检测仪的工作原理4Xi'anPolytechnicUniversity超声检测仪的作用：1.产生电振荡并加于换能器(探头)上，激励探头发射超声波。2.将探头接收回的电信号进行放大，通过一定的方式显示出来。5

1.按超声波的通道分

1)单通道检测仪。

2)多通道检测仪。2.按信号类型分类

1)模拟信号检测仪。2)数字信号检测仪。3.按指示参量分类

1)穿透式检测仪。2)调频式检测仪。3)脉冲波检测仪。一.超声检测仪器分类Xi'anPolytechnicUniversity6穿透法示意图特点：发射频率不变的连续波；接收到的是超声波能量值；避免盲区；但灵敏度低，不能对缺陷定位。Xi'anPolytechnicUniversity74.A型显示、B型显示、C型显示、D型显示Xi'anPolytechnicUniversity(1)A型显示

A型显示是一种波形显示，屏幕的横坐标代表声波的传播时间(或距离)，纵坐标代表反射波的声压幅度。A型显示的缺点：难以判断缺陷的几何形状，缺乏直观性。8Xi'anPolytechnicUniversityA型显示具有检波和非检波两种形式。9

B扫描所显示的是与声束传播方向平行且与工件的测量表面垂直的侧视二维截面图。可以显示任一纵截面上缺陷的位置、取向与分布。(2)B型显示Xi'anPolytechnicUniversity10

C扫描所显示的是与工件检测表面平行的某一深度的横断面，是工件的一个视二维截面图可以显示任一横截面上缺陷的形状与分布，但不能显示其深度。(3)C型显示Xi'anPolytechnicUniversity11(4)

A型、B型、C

型显示举例A型显示B型显示C型显示组合三维图Xi'anPolytechnicUniversity12D扫描所显示的是与声束平面及测量表面都垂直的剖面二维截面图。假设焊缝中有一长条未焊透缺陷，各扫描成像方式如图所示。(5)B、C、D扫描显示Xi'anPolytechnicUniversity13

二.A型脉冲反射式超声波检测仪的工作原理Xi'anPolytechnicUniversity1.检测原理图142.仪器的电路方框图及工作过程Xi'anPolytechnicUniversity154.2超声波探头Xi'anPolytechnicUniversity压电陶瓷片电输入或输出端铝外壳电材料的性能参数压电效应压探头的结构及分类

探头型号16一、压电效应1.压电效应

压电材料当承受外力(压力或张力)作用发生形变时，在晶体表面会出现了极化电荷，晶体内部产生了电场，这种效应叫做正压电效应；反之，当晶体承受外电场作用时，就会发生形变而产生机械振动，这种效应称为逆压电效应。正、逆压电效应统称为压电效应。2.超声波的发射和接收超声波的发射：把电能超声能（逆压电效应）超声波的接收：把超声能电能的过程（正压电效应）Xi'anPolytechnicUniversity17二.压电材料的性能参数

1.压电应变常数压电应变常数是衡量压电材料发射性能的重要参数。2.压电电压常数压电电压常数是衡量压电材料接收性能的重要参数。Xi'anPolytechnicUniversity3.介电常数184.机电耦合系数Xi'anPolytechnicUniversity5.机电品质因子6.频率常数7.居里温度：使电压材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度，用Tc表示。

19三.探头的结构及分类1.探头的结构Xi'anPolytechnicUniversity202.各部分的作用

1)压电晶片：发射和接收超声波，实现电声能转换。

2)阻尼块：对晶片的振动起阻尼作用，提高分辨率；吸收晶片向其背面发射的超声波；对晶片起支撑作用。3)保护膜：保护压电晶片不致磨损或损坏。

4)电缆线：链接探头与仪器，屏蔽电磁波。

5)斜楔：以特定的角度产生相应的波型(实现波型转换)。

6)外壳：将各部分组合起来，并起保护作用。Xi'anPolytechnicUniversity213.探头的分类1)接触式纵波直探头(主要参数：频率和晶片尺寸）2)接触式斜探头Xi'anPolytechnicUniversity223)双晶探头Xi'anPolytechnicUniversity234)接触式聚焦探头Xi'anPolytechnicUniversity245)水浸探头Xi'anPolytechnicUniversity251.探头型号的组成项目四.探头型号Xi'anPolytechnicUniversity262.探头型号举例Xi'anPolytechnicUniversity274.3耦合剂Xi'anPolytechnicUniversity

耦合剂及其作用耦合剂的性能常用耦合剂28一.耦合剂及其作用Xi'anPolytechnicUniversity29二.耦合剂的性能Xi'anPolytechnicUniversity30三.常用耦合剂Xi'anPolytechnicUniversity314.4试块CSK-ⅠA试块

按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体或模拟缺陷的式样，统称为试块。Xi'anPolytechnicUniversity

试块的分类标准试块对比试块321.检测用试块分类一.试块的分类(1)

标准试块：特点：由权威机构制定的试块，其特性与制作要求由专门的标准规定。作用：标准试块用于仪器探头系统性能测试校准和检测校准，如ⅡW

试块。

JB/T4730.3-2005标准采用的标准试块有：钢板用标准试块CBⅠ、CBⅡ；锻件用标准试块CSⅠ、CSⅡ、CSⅢ；焊接中采用的标准试块有：CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA、

CSK-ⅣA。Xi'anPolytechnicUniversity33(2)对比试块：特点：是以特定方法检测特定工件时采用的试块，含有意义明确的人工反射体(如平底孔、短横孔、长横孔、槽等)。其声学特性与被检测工件材料相似，其外形尺寸应能代表被检测工件的特征，试块厚度应与被检测工件的厚度相对应。作用：主要用于检测仪校准以及评估缺陷的当量尺寸。Xi'anPolytechnicUniversity34(3)模拟试块：特点：是含模拟缺陷的试块，可以是模拟工件中实际缺陷而制作的样件，或者是在以往检测中所发现含自然缺陷的样件。作用：主要用于检测方法的研究、无损检测人员资格考核和评定、评价和验证仪器探头系统的检测能力和检测工艺等。Xi'anPolytechnicUniversity35２.按人工反射体分类Xi'anPolytechnicUniversity361.标准试块的基本要求二.标准试块2.常用标准试块Xi'anPolytechnicUniversity37(1)ⅡW试块（荷兰试块或船形试块）Xi'anPolytechnicUniversity381)

调整纵波探测范围和扫描速度(时基线比例)。ⅡW试块的用途:例：检测厚度为400mm的锻件，应如何调节扫描速度？Xi'anPolytechnicUniversity392)

测定仪器的水平线性、垂直线性和动态范围，利用试块上25mm或100mm。

水平线性测量Xi'anPolytechnicUniversity40垂直线性测量d1---实测值与理想值得最大正偏差；

d2---实测值与理想值得最大负偏差

10010008080-0.663630.150500.139390.831310.62626-0.92020-0.11616-0.21313-0.41010088-0.1660.3Xi'anPolytechnicUniversity41动态范围测量：

动态范围的测量通常采用直探头，将试块上反射体的回波高度调节到垂直高度的100％，用衰减器将回波幅度由100％下降到刚能辨认的最小值时，该调节量即为仪器的动态范围。注意这时抑制旋钮为“0”。JB/T10061-1999标准中规定仪器的动态范围≥26dB。Xi'anPolytechnicUniversity42（a）100%(b)刚能辨认的最小值实验结果：超声检测仪动态范为△=（52.5-24.5）dB=28dBXi'anPolytechnicUniversity433)

测定直探头和仪器的分辨力。利用试块上85mm、91mm和100mm。JB/T4730.3-2005标准中规定，直探头远场分辨力≥30%。Xi'anPolytechnicUniversity44直探头远场分辨力测定实验图从检测图中中可以看出，85mm、91mm和100mm尺寸的回波能够清楚地分辨开来，测定结果符合JB/T4730标准规定。(4)

测定直探头和仪器组合后的穿透能力。利用试块上φ50有机玻璃块底面的多次反射波。Xi'anPolytechnicUniversity45

5)

测定直探头和仪器的盲区。利用试块上φ50圆弧面与侧面间距5和10mm。Xi'anPolytechnicUniversity

盲区由始脉冲宽度和阻塞效应引起。始脉冲宽度的测定方法：按规定调好灵敏度并调至标准“0”点，示波屏上始脉冲达20%高处至水平刻度“0”点的距离Wn。即为始脉冲宽度。466)

测定斜探头的入射点。利用试块的R100圆弧面7)

测定斜探头的折射角。用φ50孔和φ1.5圆孔35º~60º(K=0.7~1.73)

60º~76º(K=1.73~3.73)

75º~80º(K=3.73~5.67)

Xi'anPolytechnicUniversity478)

测定斜探头和仪器的灵敏度余量。利用试块上R100或φ1.5圆孔Xi'anPolytechnicUniversity489)

调整横波探头探测范围和扫描速度。Xi'anPolytechnicUniversity49Xi'anPolytechnicUniversity(2)ⅡW2试块（牛角试块）50(3)CSK-ⅠA试块Xi'anPolytechnicUniversity511)

将直孔φ50改为φ50、φ44、φ40台阶孔，以便于测定横波斜探头的分辨力。CSK-ⅠA试块在ⅡW试块上的三点改进Xi'anPolytechnicUniversityJB/T4730标准规定斜探头的分辨力≥6dB。52斜探头分辨力测试实验图从图中可得，斜探头的分辨力为：Xi'anPolytechnicUniversity532)

将R100改为R100、R50阶梯圆弧，以便于调整横波扫描速度和探测范围。调整方法：将横波探头直接对准R50和R100圆弧面，使回波B1(R50)对准50，B2(R100)对准100，于是横波扫描速度1:1和“0”点同时调好校准。3)

将试块上标定的折射角改为K值(K=tanβS)，从而可直接测出横波斜探头的K值。Xi'anPolytechnicUniversity54(4)CSK-ⅡA试块、CSK-ⅢA试块、CSK-ⅣA试块

---焊接接头用标准试块CSK-ⅡA试块、CSK-ⅢA试块、CSK-ⅣA试块主要用于测定横波距离-波幅曲线、斜探头的K值和调整横波扫描速度和灵敏度等。其中CSK-ⅡA试块和CSK-ⅢA试块适用于壁厚范围为8～120mm的焊缝，CSK-ⅣA试块适用于壁厚范围为120～400mm的焊缝。Xi'anPolytechnicUniversity551)CSK-ⅡA试块Xi'anPolytechnicUniversity562)CSK-ⅢA试块X