超声波仪器、探头性能指标及其测试方法

PAGEPAGE1-超声波仪器、探头主要组合的性能测定主要性能测试项目及其性能指标仪器灵敏度余量垂直线性误差动态范围分辨力水平线性误差探测范围通用仪器≥46dB≤6%≥26dB≥26dB≤2%数字仪器≥60dB≥3.6m探头频率误差相对灵敏度余量分辨力声轴偏斜角折射角误差直探头≤15%≥40dB≥26dB≤1.5°斜探头≤15%≥60dB≥18dB≤4%小角度探头≤15%≥50dB≥16dB≤2°不动车专用≥75dB一、超声波探伤仪主要性能测试方法1、电噪声电平（%）仪器灵敏度置最大，发射置强，抑制置零或关，增益置最大，衰减器置“0”，深度粗调、深度微调置最大。读取时基线噪声平均值，用百分数表示。2、灵敏度余量（dB）a)使用2.5MHz、Φ20直探头和CS－1－5或DB--PZ20—2型标准试块。b)连接探头并将仪器灵敏度置最大，发射置强，抑制置零或关，增益置最大。若此时仪器和探头的噪声电平(不含始脉冲处的多次声反射)高于满辐的10％，则调节衰减或增益，使噪音电平等于满辐度的10％记下此时衰减器的读数S0。图1直探头相对灵敏度(灵敏度余量)测量c)将探头置于试块端面上探测200mm处的i2平底孔，如图17所示。移动探头使中Φ2平底孔反射波辐最高，并用衰减器将它调至满辐度的50％，记下此时衰减器的微Sl，则该探头及仪器的探伤灵敏度余量S为：S=S1--S0(dB)3、垂直线性误差测量（%）(1)连接探头并在试块上探测任一反射波(一般声程大于50mm)作为参照波，如图2所示。调节探伤仪灵敏度，使参照波的辐度恰为垂直刻度的100％，且衰减器至少有30dB的余量。测试时允许使用探头压块。图2垂直线性误差测量(2)用衰减器降低参照波的辐度，并依次记下每衰减2dB时参照波辐度的读数，直至衰减26dB以上。然后将反射波辐度实测值与表l中的理论值相比较，取最大正偏差d(+)与最大负偏差d(-)，则垂直线性误差△d用式(1)计算：△d=｜d(+)｜+｜d(-)｜…(1)(3)在工作频率范围内，改用不同频率的探头，重复(1)和(2)的测试。表1衰减量dB02468101214161820222426波高理论值10079.463.150.139.831.625.120.015.812.510.07.96.35.0实测值4、动态范围的测量（dB）(1)连接探头并在试块上探测任一反射波(一般声程大于50mm)作为参照波。(2)调节衰减器降低参照波，并读取参照波辐度自垂直刻度的100％下降至刚能辨认之最小值(一般约为3～5％)时衰减器的调节量，此调节量则定为该探伤仪在给定频率下的动态范围。图8探头回波频率测量(2)斜探头回波频率的测量仪器连接及调节度与直探头相同，将探头置于1号试块上探测R100圆弧面的最高回波。其余步骤与直探头相同。2、分辨力(纵向)测量(1)直探头分辨力的测量a)仪器抑制置零或关，其它旋钮置适当位置，连接探头并置于CSK-IA标准试块上，探测声程分别为85mm和91mm反射面的反射波(如图9所示)，移动探头使两波等高；图9直探头分辨力的测量b)改变灵敏度使两次波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用下式计算：R=20lg(100／h)…………(8)(1)若h=0或两波能完全分开，则取R>30dB。(2)斜探头分辨力的测量a)如图10所示，探头置于CSK一1A试块的K值测量位置，耦合良好，探测试块上A(Φ50)、B(Φ44)两孔的反射波，移动探头使两波等高；b)调节衰减器和增益，使A、B西波波辐同时达到满辐度的100％，然后测量波谷高度h，则该探头的分辨力R用式(8)计算；c)若h=0或两波能完全分开，则取R>30dB。图10斜探头分辨力的测量(3)小角度探头分辨力的测量将探头置于K<1.5的位置，其余测试步骤同斜探头分辨力的测量。3、直探头声轴偏斜角的测量(1)在DBH1试块上选取深度约为2倍被测探头近场长度的横通孔。(2)标出探头的参考方向，将探头几何中心轴对准横通孔中心轴，然后使探头沿x方向在试块中心线上移动，测出到孔波最高点时探头的移动距离D、，其中孔波辐度最高点在+x方向时加上(+)号，在-x方向时加上(-)号，如图1l。图11直探头声轴偏斜角的测量(3)继续沿x方向移动探头，分别测出孔波辐度最高点至孔波辐度下降6dB时探头的移动距离W+x和w-x。(4)使探头沿y方向对准试块中心线移动，按上两条的方法测出Dy、W+y和W-y。(6)Dx、Dy。表示了声轴的偏移，W+x、W-x、W+y和Wy表示了声束宽度，读数精确到1mm。按下式计算声轴的偏斜角θ：4、斜探头、小角度入射点的测定(1)横波斜探头连接被测探头并置于CSK一1A型标准或CSK—I型标准试块上探测试块R100圆弧面，如图12所示。前后移动探头并保持探头与试块侧面平行，使R100圆弧面的回波辐度达到最高，则此时R100圆心刻线所对应的探头侧棱上的点的即为探头的入射点。读数精确到0.图12入射点的测定(2)小角度纵波探头调整仪器各旋钮使屏幕显示正常，将被测探头置于TZS—R试块的R面上(图13)探测试块A面下棱角，前后移动探头，并注意保持探头声束与试块侧面平行，使A面下棱角回波达到最高，记下此时探头前沿至试块前端以端)的距离为然后用二次反射被探测A面上棱角，同样前后移动探头，使A面上棱角回波达到最高，记下此时探头前沿至试块前端(A端)的距离XZ，则探头前沿至入射点的距离为：a=x2—2xl5斜探头折射角的测量测试设备：a)探伤仪；b)l号标准试块；C)刻度尺。测试步骤将探头置于1号标准试块上，当K≤1.5时，探头放在如图10(a)位置，观察Φ50mm孔的回波；1.5<K≤2.5时，探头放在如图10(b)位置，观察Φ50mm孔的回波；当K>2.5时，则观察图10(c)的Φ1.5mm横通孔的回波。前后移动探头，直到孔的回波最高时固定下来，然后在试块上读出按3.2.5测得的入射点相对应的角度刻度β图10按下式计算K值：K=tgβ式中：β－折射角，（°）；(2)小角度纵波探头K值和β角的测定在小角度探头的K值和β角测定之前，应首先测定探头的前沿距离a，然后再按图15和图16所示方法，在TZS—R试块的c面或B面进行测试，当找到端面(A面)上棱角的最大反射波高时，则探头的K值和w角用下式计算：当探头入射角在6º～8º时(如图15)k=：(X+a)／200…………(11)β=arctgk当探头入射角在9º～11º时(如图16)k=(X+a)／80；…………(12)p=arctgk图15图16小角度探头人射角α和折射角β对应关系如表3(斜块声速取2730m／s)。表3入射角α5°6°7°8°9°10°11°12°折射角β10.86°13.06°15.27°17.5°21.76°22.04°24.35°26.7°6相对灵敏度(1)直探头(等同于探伤灵敏度余量)a)使用2.5MHz、Φ20直探头和CS－1－5或DB--PZ20—2型标准试块。b)连接探头并将仪器灵敏度置最大，即发射置强，抑制置零或关，增益置最大。若此时仪器和探头的噪声电平(不含始脉冲处的多次声反射)高于满辐的10％，则调节衰减或增益，使噪音电平等于满辐度的10％记下此时衰减器的读数S0。图17直探头相对灵敏度(灵敏度余量)测量c)将探头置于试块端面上探测200mm处的Φ2平底孔，如图17所示。移动探头使中Φ2平底孔反射波辐最高，并用衰减器将它调至满辐度的50％，记下此时衰减器的微Sl，则该探头及仪器的探伤灵敏度余量S为：S=S1--S0(dB)………(13)(2)斜探头相对灵敏度测试连接好被测试斜探头并按直探头的方法测量噪声电平S0，然后将探头并置于CSK-1A标准试块上探测R100圆弧面(如图18)，耦合良好并保持声束方向与试块侧面平行，前后移动探头，使R100圆弧面的一次回波辐度最高，将其衰减至满辐度的50％，此时衰减器的读数为S2。则斜探头的相对灵敏度S为：S=S2-S0(dB)…………(14)图18斜探头相对灵敏度测量(3)小角度纵波探头测量方法同横波探头的情况，只不过基准反射面由CSK-1A试块上的R100圆弧面改为DB-H2试块上Φ3×80横孔，如图19所示。前后移动探头使孔波达到最高，并用衰减器将其调至满刻度的50％，记下此时衰减器的读数S3，则S3-S0。的差值即为被测探头的相对灵敏度。测量时注意保持探头侧面与试块侧面平行。图19小角度探头相对灵敏度测量7空载始波宽度测量(1)直探头空载始波宽度a)探头置1号(或CSK-1A)试块高100mm的探测面上，使底波B1；和B2的前沿分别对准水平刻度的5和10，即水平刻度全长代表钢中纵波声程200mm。b)探头移置DB-PZ20-2、试块或CS-1-5试块上，仪器的调整度置灵敏度余量测试状态，将探头置于空气中，擦去探头表面油层，水平刻度的“0”(2)斜探头空载始波宽度a)连接直探头并将其置于1号(或CSK-1A)标准试块高91mm的探测上，调节“扫描”和“移位”旋钮，使底波B1、B2的前沿分别对准水平刻度的5和10，并使第二次底波辐度为垂直刻度的50％～80％。此时水平刻度线全长代表钢中横波声程100mm也可用被测斜探头直接探测CSK-1A试块上R50和R100圆弧面，调节仪器“扫描”和“移位”旋钮，使两波的前沿分别对准水平刻度的5和10，水平刻度线全长代表钢中横波声程100mm。b)换上待测斜探头，仪器调整度置斜探头相对灵敏度测试状态，在声束方向与试块侧面保持平行的条件下前后移动探头，使1号(或CSK－1A)试块R100圆弧面的第一次回波最高，调节衰减器使回波辐度为垂直刻度的50％，然后调节水平旋钮，使回波前沿对准刻度“10”c)将探头置于空气中，擦去探头表面油层，使仪器增益40dB，则水平刻度的“0”点至始波后沿与垂直刻度20％线交点所对应的水平距离Wo(3)小角度探头始波宽度a)调节水平刻度全长为钢中纵波200mm(调节方法与直探头同)。b)仪器的调整度置小角度探头相对灵敏度测试状态，并按表4调节中3×80横孔的最高回波至水平刻度的计算值位置。将探头置于空气中，擦去探头表面油层，使仪器增益30dB，则水平刻度的“0”点至始波后沿与垂直刻度20％线交点所对应的水平距离Woc)因调整量小，测量时可将Φ3×80孔波的前沿一律对准水平刻度4．1格。表4小角度探头的角度5678910Φ3x80最高孔波声程81.081.