超声波探伤仪的使用和性能测试

一、  实验目的

1、  了解超声波探伤仪的工作原理。

2、  掌握超声波探伤仪的使用方法。

3、  掌握仪器主要性能如水平线性、垂直线性、动态范围、分辨力、灵敏度余量等的测试方法。

二、  实验原理

目前在实际探伤中，广泛应用的是A型脉冲反射式超声波探伤仪。这种仪器荧光屏横坐标表示超声波在工作中的传播时间（或传播距离），纵坐标表示反射回波波高。根据荧光屏上缺陷波的位置和高度可以判定缺陷的位置和大小。

A型脉冲反射式超声波探伤仪由同步电路、发射电路、接受放大电路、扫描电路（又称时基电路），显示电路和电源电路等部分组成。其工作原理如图1所示。

 

电路接通以后，同步电路产生脉冲信号，同时触发发射电路、扫描电路。发射电路被触发以后高频脉冲作用于探头，通过探头的逆电压效应将信号转换为声信号，发射超声波。超声波在传播过程中遇到异质界面（缺陷或底面）反射回来被探头接受。通过探头的正压电效应将声信号转换为电信号送至放大电路被放大检波，然后加到荧光屏垂直偏转板上，形成重叠的缺陷波F和底波D。扫描电路被触发以后产生锯齿波，加到荧光屏水平偏转板上，形成一条扫描亮线，将缺陷波F和底波D按时间展开。

A型脉冲反射式探伤仪型号各异，但主要旋钮和调节方法基本相同。

1、  扫描基线的显示与调节

【电源开关】－置“开”时，仪器电源接通，面板上电压指示红区，约1分钟后，荧光屏上显示扫描基线。

【辉度】－调节扫描基线的明亮程度。

【聚焦】与【辅助聚焦】－调节扫描基线的清晰程度。

【垂直】－调节扫描基线在垂直方向的位置。

【水平】－调节扫描基线在水平的位置。

一般不用调。

2、  工作方式的选择

单探头－一只探头兼作发射和接收。

双探头－一只探头发射，另一只探头接收。

3、  探测范围的调节

【粗调】或【深度范围】－根据工件厚度粗调探测范围。

【微调】－微调探测范围，微调与【脉冲移位】（CTS-32）配合使用，可按一定比例调节扫描基线。CTS-32最大探测范围为5000mm.

4、  工作频率的选择

【频率选择】－调节超声波探测频率，即探头晶片振动频率。

频率选择一般视材料的衰减和发现的最小缺陷而定。当材料衰减小，要求发现的缺陷小时，宜选用较高频率；反之可选用较低的频率。

频率选定以后，注意使仪器与探头频率一致，否则灵敏度会降低。

CTS-32采用宽频带放大器，仪器的工作频率取决于探头的实际工作频率。

5、  重复频率的选择

【重复频率 】－调节仪器同步脉冲的频率，重复频率是仪器每秒钟内产生脉冲的次数。

重复频率高，单位时间内扫描次数多，荧光屏图象亮度高，便于观察。但这时每次发射脉冲的强度减弱了，因此仪器的灵敏度有所下降。重复频率过高，往往在缺陷回波出现之前，第二次同步信号就开始扫描，从而荧光屏上出现幻影，干扰正常探伤，造成漏检。

CTS-32【重复频率 】与【深度范围】同轴，一般不会出现幻影。

6、  仪器灵敏度的调节

  仪器灵敏度是指仪器输出功率的大小，输出功率大，灵敏度高，反之灵敏度低。仪器灵敏度可以通过【增益】、【衰减器】、【抑制】、【发射强度】等旋钮来调节。

【增益】－通过调节接收放大器的放大倍数来调节荧光屏上的波高使之准确达到规定高。增益大，灵敏度高。

【衰减器】－定量地调节荧光屏上的波高，常用于比较某回波高与基准波高的相对高度，单位为dB。衰减器分粗调与细调，均为步进式调节。

【抑制】－限制检波后信号的输出幅度。抑制杂波，提高信噪比。使用【抑制】，将使仪器的垂直线性变坏，动态范围变小。因此当使用荧光屏面板对缺陷定量时，不得使用（抑制）。抑制增加，灵敏度降低。

【发射强度】－调节发射脉冲的输出的功率。发射强度强，灵敏度高。但这时脉冲宽度增大，分辨力降低。

7、  扫描选择

【同步】－同步电路同时触发扫描电路和发射电路，荧光屏上完整地显示始波T、缺陷波F和底波B。

【延迟】－扫描延迟于发射脉冲一段时间，使始脉冲之后一定范围不显示回波，而把后面更远声程的回波显示出来，可用于较深缺陷展宽分析。

8、  深度补偿

   【深度补偿】是用改变放大量的方法来补偿超声波在介质中的衰减，使位于不同深度的相同反射体得到同样高度的回波。使用【深度补偿】后将破坏反射体距离――波幅曲线的正常变化规律，实际探伤一般不用。当工件衰减很大时才用。

仪器的主要性能

仪器性能仅与仪器有关。仪器主要性能有水平线性、垂直线性和动态范围。

1、  水平线性

   仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度，称为仪器的水平线性或时基线性。水平线性主要取决于扫描锯齿波的线性。

仪器水平线性的好坏直接影响测距精度，进而影响缺陷定位。

2、  垂直线性

   仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度称为垂直线性或放大线性。垂直线性主要取决于放大器的性能。

垂直线性的好坏影响应用面板曲线对缺陷定量的精度。

3、动态范围

仪器的动态范围是指反射信号从垂直极限衰减到消失时所需的衰减量，也就是仪器荧光屏容纳信号的能力。

影响动态范围的主要因素的仪器的线性范围和荧光屏的大小。

仪器与探头的主要综合性能

仪器与探头的主要综合性能不仅与仪器有关，而且与探头有关。主要综合性能有盲区、分辨力、灵敏度余量等。

1、  盲区

从探测面到能发现缺陷的最小距离，称为盲区。盲区内缺陷一概不能发现。盲区与放大器的阻塞时间和始脉冲宽度有关，阻塞时间长，始脉冲宽，盲区大。

2、分辨力

 在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力称为分辨力。能区分的两缺陷的距离愈小，分辨力就愈高。分辨力与脉冲宽度有关，脉冲宽度小，，分辨力高。

3、灵敏度余量

 灵敏度余量是指仪器与探头组合后，在一定的探测范围内发现微小缺陷的能力。具体指从一个规定测距孔径的人工试块上获得规定波高时仪器所保留的dB数。保留的dB数愈高，说明综合灵敏度愈高。

三、实验仪器设备

 1.、仪器：CTS-32。

 2.、探头： 2.5MHzf20或2.5 MHzf14的直探头)。

 3.、试块：CSK-IA、200∕1平底孔试块等。

 4.、耦合剂：机油。

四、实验要求

1、要求学生加强理解超声探伤的基本原理，了解探伤仪的功能和熟悉探伤仪的操作；

2、要求学生能独立操作每一个实验步骤，了解和掌握其相关的原理，培养学生熟练的试验操作。

五、实验内容

 1、水平线性的测试

 (1) 调有关旋钮时基线清晰明亮，并与水平刻度线重合。

 (2) 将探头通过耦合剂置于CSK-IA或IIW试块上，如图2的A处。

 (3) 调【微调】、【水平】或【脉冲移位】等按钮，使荧光屏上出现五次底波B₁-B₅,且使B₁， B₅前沿分别对准水平刻度值20和100，如图3。

 (4) 观察记录B₂ 、B₃ 、B₄与水平刻度值40，60，80的偏差值a₂ ,a₃ ,a₄

 (5) 计算水平线性误差：

式中  ——中最大者，

b——荧光屏水平满刻度值。

 

2、垂直线性的测试

(1) 【抑制】至“0”，【衰减器】保留30dB衰减余量。

(2) 探头通过耦合剂置于CSK-IA，如图2是B处。

(3) 调【增益】使底波达荧光屏满幅度100％，但不饱和，作为0dB。

(4) 固定【增益】，调【衰减器】，每次衰减2dB，并记下相应回波高度打，填入表1表中：

相对波高％＝

理想相对波高

(5) 计算垂直线性误差D=

d1 ——实测值与理想值的最大正偏差；

d2 ——实测值与理想值的最大负偏差；

3. 动态范围的测试

(1) 【抑制】至“0”，【衰减器】保留30dB。

(2) 探头置于图2的A处，调【增益】使底波达荧光屏满幅度80％。

(3) 固定【增益】，记录这时衰减余量N1，调【衰减器】使底波降1mm,记下这时的衰减余量N2。

(4) 计算动态范围：△＝N2-N1 (db)

4. 分辨率的测定

(1) 【抑制】至“0”，其它旋钮位置适当。

(2) 探头置于图4 所示的CSK-IA的III处，前后左右移动探头，使荧光屏出现声程为85，91，100的三个反射波。

(3) 当A,B,C不能分开时，如图5（a），则分辨率为

     F₁= (91-85)

(4) 当A,B,C能分开时，如图5（b），则分辨率为

   F₁= (91-85)

 

5. 灵敏度余量的测试

 (1) 【抑制】至“0”， 【增益】最大，【发射强度】至强。

(2) 连接探头，调节【衰减器】使仪器噪声电子为满幅度10％，记录这时【衰减器】的读数N1。

(3) 探头置于图6所示的灵敏度余量试块上（200∕1平底孔试块），调【衰减器】使平底孔回波达满幅度80％，这时【衰减器】的读数N2。

(4) 计算：

灵敏度余量△N＝N2-N1 (db)

 

六、实验报告要求

  1、每人一份实验报告；

    2、严格按照试验步骤注意记录试验数据，分析试验结果；

    3、指出实验过程中的参数测量是否有其它方式并加以说明。

七、思考题

1、决定探伤仪水平线性和垂直线性的因素是什么？

2、扫描基线的聚焦性能对实际探伤有无影响，为什么？

八、实验注意事项

1、实验过程中探头和试块应尽量贴紧，以减少声波损耗；

2、使用试块过程中要小心，探测时应该试块放稳；将搬动时防止砸伤自己或砸损化仪器。

                                                                                       

第二篇：超声波探伤仪探头标定实验指导书

实验三超声波探伤仪探头标定实验指导书

一、        实验目的

1、熟练掌握数字探伤仪的使用方法；

2、掌握超声波探伤仪探头校准方法

3、理解探头K值、探测灵敏度的含义。

二、        预习内容

1、熟悉探伤仪使用说明书

2、了解实验设备

3、深刻理解实验内容和方法。

三、        实验内容

完成探头如下标定内容：校距离、校K值、制作距离波幅曲线、确定检测范围、确定探伤灵敏度。

四、        注意事项

探头K值应为2（探头规格2.5P 13´13 K2），由于要执行GB4730-93标准,根据此标准可知,校准用的标准试块为CSK-ⅠA,对比试块为CSK-ⅢA,当工件厚度为20mm时,则判废线为f 1´6+5dB,定量线为f 1´6-3dB,评定线为f 1´6-9dB,此三条线的f 1´6是指CSK-ⅢA试块上的人工缺陷(短横孔),三条线分别加减多少dB是以f 1´6短横孔为基准。

五、   实验条件

1、PXUT-320C超声波探伤仪

2、CSK-IA、CSK-IIIA试块

3、2.5PX13 K2探头

六、实验方法

1、校距离（或称距离校准）：

准备好CSK-ΙA型试块和2.5P 13´13K₂探头,在仪器待命状态下，光标F在A扫前闪动，按↑、↓键，推滚出“校准”功能, 光标F在扫查前闪动，按¿键进入扫查，按键，功能窗显示，按→键，使显示刻度变成1:1，按键，功能窗显示，按←键，将100mm左、右刻度移到观察范围内。按两次键，功能窗显示,按→键将闸门拉宽到适当宽度，再按键，功能窗显示，按←、→键将闸门移动套住100mm左、右的适当范围,见图1.

图1

参考图2,移动探头,寻找R100圆弧的反射回波,按“峰值搜索”键，寻找最大反射回波，当找到最大反射回波后，坐标下方显示S=×××mm，及××%，此时，S的值应大于100，大于的数既是超声波在探头楔块中走过的距离，这个数对我们计算被检工件中的近场长度是非常重要的，××%说明当前回波高度，按¿键退出扫查功能，光标在扫查前闪动.

图2

按→键，将光标移至“校距离”前，按¿键进入校距离子功能，仪器自动进入闸门内最大回波搜索功能。移动探头，找到R100弧的反射波，按dB键，功能窗显示“dB”，按↑、↓键，将回波调至适当高度,（注：也可用自动增益键,将回波幅度自动调到满刻度的80%左、右）且回波一定要在闸门范围以内，否则需要重新调整闸门宽度及所在位置。轻微移动探头，找到最大反射波。按¿键退出“校距离”子功能。光标重新在“校距离”前闪动，表示已完成距离校准。

注：未完成距离校准前，R100弧的反射波，在大于100mm刻度的某一位置出现，完成上述操作后，其回波将自动移至100mm刻度处见图3。

图  3

按¿键进入校距离子功能，再按¿键退出，坐标下方同时显示有关参数值。其中S表示对已知R100弧的实测值，

如果「100-S」>0.1mm，说明上述校准精度不够，则需要重新校准。当得到满意的精度时，固定探头，用尺量出探头至R100弧端点的距离，并用100减去这个距离，将差值输入到探头前沿参数中。

2、K值校准：

    距离校准结束后，将校准参数设置为15mm，坐标选择H（垂直深度），其他参数不变。

    在“校准”功能中，按←、→键，将闪动的光标移到“扫查”子功能前，按¿键进入“扫查”子功能，按键，功能显示窗变成，按→键将15mm刻度移到屏幕适当位置，移动探头在15mm座标附近找到15mm深的人工孔反射波，（CSK-ⅠA上的横通孔）按dB键，功能窗变成dB，按↑、↓键，将反射波幅度调至适当高度（也可用自动增益键直接调节）移动并调节闸门使其套住该反射波，闸门移动、调节过程与距离校准过程中闸门移动调节相同。按¿键退出“扫查”，光标将在“扫查”前重新闪动。

    按→键将闪动的光标移到“校K值”子功能前，按¿键进入，找到最大反射波，按¿键退出校K值子功能，光标将重新闪动，表示K值校准完毕，此时，被测探头的实际K值显示在坐标轴的左下方，参数表中的探头K值同时被修改，见图4。

图  4

3、制作距离波幅曲线：

    距离波幅曲线在实际探伤中，可以直接同反射波进行当量大小比较。由于同一规格型号的探头其灵敏度、K值等项指标均存有差别，所以在制作曲线时，一只探头只能对应一组曲线，也就是说，对于不同的探头，需用不同的曲线图，彼此间不能互用。为方便现场探伤，QKS-958型探伤仪可予先存入四组不同探头分别制作的曲线。

    准备好CSK-ⅢA标准试块，在图四状态下，按↑键，推滚出〖波幅曲线〗功能，光标在选择“O”前闪动，按¿键进入选择子功能，光标“-”在选择后闪动，选择范围由“1-4”，如选择“1”，按“1”键，再按¿键，选择结束，光标重新在选择前闪动，按→将闪动的光标移至制作前，按¿键进入，闪动的光标“-”在制作后闪动，提示准备用几个不同深度的横孔做制作点（要求最少三个点，最多九个点）,如选用3个制作点，则按“3”键，再按¿键。仪器进入准备制作状态，第01次提示可制作第一点，按键，功能窗显示，按←或→键，将10mm坐标移至整刻度，把探头放在10mm深横孔一侧轻微移动，找出该孔反射回波，调节闸门使其套住该回波，按“dB”键和↑、↓键将波高调至满刻度的80%(也可用自动增益键调节波高)，按“峰值搜索”键，再轻微移动探头寻找最大反射波。确认波高无误后，按¿键，第一点测试结束，仪器自动将测试结果记录，此时第02次提示可做第2点，即用20mm深横孔做测试点。按上述操作步骤，将20mm、30mm深横孔的深度坐标移至整刻度，波高分别调至满刻度的80%进行测试，当测试结束后，仪器自动绘制出一组曲线，这组曲线就是在CSK-ⅢA试块上，利用10mm、20mm、30mm深度φ1×6三个横孔制作的，由上至下分别为判废线、定量线、评定线，三条曲线形成三个区域，“1、2、3”区，至此，曲线制作完毕，并自动存入仪器内，可长期掉电保存，见图5。

图   5

说明：

    如执行的标准不同，即使用的试块不同，则选用做测试点的横孔深度不同，如使用SGB试块则第一横孔深度为5mm，做出曲线的起始点对应的深度坐标H值为5mm，其它操作过程如上述。

对“波幅曲线”功能中，选择子功能有如下解释：

（1）选择“1-4”，是对准备使用的4只探头制作的曲线进行编号，并相互对应。做完的曲线已分别存入仪器内部的曲线存储区，与其它存储方式不能混用。探伤时，使用哪一只探头则用选择子功能调出与之相对应的曲线。          

（2）对使用过的探头需要重新测试或探头已报废，需要更换新的时，需重新做距离和Ｋ值校准，并要重新制作曲线。如此时，其它探头和与之对应的曲线还没有使用，而且不想将其报废，在选择曲线存储区时则要有针对性，因为任何一个存储区只记忆最后一次存入的信息，先前存入的将被取消。

（3）用准备使用的探头做完距离校准、K值校准和制作完曲线后，参数表中设置过的所有参数都将随曲线一起存储起来，使用时调出与使用的探头对应的曲线则相应的参数同时调出。

（4）利用选择子功能键调出要用的曲线，准备探伤时，由于实际探伤过程中被检工件的厚度经常变化，因此，参数表中工件厚度这项参数要随之进行修改，使之与实际被检工件厚度相同，否则，在利用焊缝判伤图形确定缺陷在焊缝中具体位置时，将出现错误。实际探伤中，有时需要用L(水平)或H(深度)做坐标，用“选择”子功能调出曲线后，也要将参数中的坐标一项做相应的设置.

4、确定检测范围：

 在图五状态下，按↑键，仪器显示图6。

图   6

光标F在A扫前闪动，按¿键进入A扫，此时坐标显示H（深度），现场探伤使用深度（H）坐标较为方便，这里不做变化，观看图六坐标显示最大范围为24.2mm，实际探伤时坐标显示的最大范围应大于被检工件厚度的两倍。按键，功能显示，按←键，坐标显示最大范围为48.4mm，按键，功能窗显示，按←或→键，将闸门的左侧起点移至曲线的起点一齐，再按键，功能窗显示，按→键，将闸门拉宽到H坐标40mm的位置，检测范围确定完毕。

5、确定探伤灵敏度：

 在图6基础上，按dB键，功能窗显示dB，按↑键，将定量线起点升高至满屏的80%,见图七，探伤灵敏度确定完毕。

至此，探伤前的准备工作全部结束，可用仪器的当前状态到实际工件上去探伤。

 

图   7

七、实验报告

1、客观记录校准过程

2、对校准过程进行分析，说明其原因

3、解答思考题

八、思考题

1、为何进行探头校准？校准的主要方法是什么？

2、超声波探伤仪的使用需注意哪些问题？

3、何为K值校准？