超聲波探傷實習報告
超聲波探傷
一、實驗目的
1.通過實驗瞭解超聲波探傷的基本原理;
2.掌握超聲波探傷儀器的各個旋鈕的名稱、功能和使用方法。
3.瞭解超聲檢測儀的使用規範 。
二、實驗設備和器材
1.超聲檢測儀
2.直探頭和斜探頭
3.耦合劑:甘油
4.試塊和試件
三、實驗內容
超聲波探傷是利用探頭髮射超聲波掃描試件內部,在熒光屏上可得到工件兩界面(表面及底面)的反射波,如工件內部有缺陷,則缺陷將產生缺陷反射回波並顯示在兩界面波之間。缺陷波峯距兩界面波之間的距離即缺陷至兩界面之間的距離,缺陷大小及性質可按相關標準確定。
1、超聲波探傷原理
(1)超聲波的傳播特性
聲波是由物體的機械振動所發出的波動,它在均勻彈性介質中勻速傳播,其傳播距離與時間成正比。當聲波的頻率超過20000赫時,人耳已不能感受,即為超聲波。聲波的頻率、波長和聲速間的關係是: c (1) f
式中 λ——波長;c——波速;f——頻率。
由公式可見,聲波的波長與頻率成反比,超聲波則具有很短的波長。
超聲波探傷技術,就是利用超聲波的高頻率和短波長所決定的傳播特性。即:
1)具有束射性(又叫指向性),如同一束光在介質中是直線傳播的,可以定向控制。
2)具有穿透性,頻率越高,波長越短,穿透能力越強,因此可以探測很深(尺寸大)的零件。穿透的介質超緻密,能量衰減越小,所以可用於探測金屬零件的缺陷。
3)具有界面反射性、折射性,對質量稀疏的空氣將發生全反射。聲波頻率越高,它的傳播特性越和光的傳播特性接近。如超聲波的反射、折射規律完全符合光的反射、折射規律。利用超聲波在零件中的勻速傳播以及在傳播中遇到界面時發生反射、折射等特性,即可以發現工件中的缺陷。因為缺陷處介質不再連續,缺陷與金屬的界面就要發生反射等。如圖1所示超聲波在工件中傳播,沒有傷時,如圖1a,聲波直達工件底面,遇界面全反射回來。
當工件中有垂直於聲波傳播方向的傷,聲波遇到傷界面也反射回來,如圖1b。當傷的形狀和位置決定界面與聲波傳播方向有角度時,將按光的反射規律產生聲波的反射傳播。
圖1 超聲波在工件中的傳播
2、超聲波探傷儀的工作原理
超聲波探傷儀首先是個超聲波發生器,它利用交流電源和振盪電路,產生高頻電脈衝,並可根據探傷要求調節脈衝的頻率及發射能量。超聲波探傷儀還具有將接受到的電脈衝依其能量的大小、時間的先後通過熒光顯示屏顯示出來的功能。其工作原理示於圖2。發生器使示波管產生水平掃描線(一條亮線,代表時間軸),接收放大器使接受到的脈衝信號作用於示波管的垂直偏轉板,並按信號收到的時間先後將水平掃描線的相應部位拉起脈衝值。始脈衝是儀器發射出去的原始脈衝信號,傷脈衝是超聲波自工件內缺陷處返回的脈衝信號,底脈衝則是超聲波自工件底部返回來的脈衝信號。由於超聲波在工件內是勻速傳播的,因此在工件內走過的路程越長,返回的時間越晚,所以底脈衝要比傷脈衝出現的晚,它們在熒光屏上的水平距離反應了超聲波在工件內走過的距離。因此有:
db Iba
則 d
式中:d——工件表面至缺陷的距離。
I——沿探測方向的工件厚度。
b——傷脈衝到始脈衝的掃描刻度。
超聲波在介質中傳播是有能量衰減的。走過的距離越長,反射回來的能量也越小,表現在接收回來的脈衝高度要減少。如果傷較小,少量超聲波自傷處反射回來,將有一個矮的傷脈衝,此時大部分能量抵達工件底面,底脈衝仍較高。如果傷面積很大,則傷脈衝就會高,相應的底脈衝就會很小。如遇到傷很大,或其界面又不垂直於超聲波入射的方向(如圖1c),則傷脈衝沒有(反射波收不到),底脈衝也可能沒有。 bI (2) ba
ba——底脈衝到始脈衝的掃描刻度。
圖2 探傷儀工作原理示意圖
超聲波探頭是超聲波探傷儀的重要附件,工程上所用的探頭分為直探頭和斜探頭兩種。探頭又叫做換能器,探傷儀發射出來的是高頻電脈衝,利用探頭上的壓電晶體(常用鋯鈦酸鉛)將電脈衝轉換成機械振動——超聲波。探頭又可以將由工件上接收到的超聲波轉換成電脈衝,輸給接收放大電路,再加於示波管上。
3、各旋鈕功能
電源開關——用以接通電源。
電源指示燈——用以表示電源接通。
延遲掃描
把同步脈衝信號延遲一段時間再觸發時間掃描電路的工作狀態,使時間掃描滯後於發射脈衝一段時間,延遲量可用延遲調節旋鈕調整。
輝度
調節示波管電子束的發射強度,控制示波屏上時基線與波形的顯示亮度。
聚焦
用於調節示波管電子束的聚焦程度,使示波屏上的時基
垂直調節
使時基線在示波屏上作上下移動以達到適合觀察的位置。
水平調節
使時基線在示波屏上左右移動達到適合的位置。
增益
包括步進分檔式的定量增益旋鈕(以分貝為計量單位)和連續可調的非定量增益旋鈕(多用作增益微調)。
衰減器
包括粗調(多以6、10或12dB步進分檔)和細調(0.5、1或2dB步進分檔)。調節接收放大電路的放大倍數,利用衰減器定量控制接收信號的幅度大小。
發射強度
調節發射電脈衝的幅度(發射電壓)和持續時間(脈衝寬度),從而控制超聲波的輻射功率。 重複頻率
調節同步電路單位時間內產生同步脈衝的次數,從而控制單位時間內發射超聲脈衝的次數。 抑制
用於抑制雜波、電噪聲及材料本底噪聲等產生的不必要的干擾信號,以提高信噪比和使波形顯示清晰,但也同時降低了檢測靈敏度。
深度補償
用於抑制近區靈敏度,相對地提高遠區靈敏度,以提高分辨力和減小有效探測盲區。 深度調節熒光屏掃描線所代表的`探測範圍分為粗調與細調,前者為分檔型,後者為連續調整型。相鄰分檔範圍可以相互覆蓋。 延遲用於調節同步脈衝觸發信號在時基電路中延遲量的大小。
標記
利用標記旋鈕調節其在時基線上的位置,用作探測距離或某個回波位置的標誌點。 閘門起位調節報警閘門(矩形波)前沿(即監視起點)在顯示屏時基線上的位置(稱為閘門起始位置)。 閘門寬度調節報警閘門(矩形波)的寬度。
報警靈敏度
調節驅動報警裝置的電平閾值 。
報警
探傷儀上用於接通報警電路的開關。
報警輸出
把報警信號輸送給外部報警裝置
工作頻率
根據超聲波探頭的工作頻率選定
標尺
控制示波管屏面刻度板照明
探頭選擇
探頭工作模式選擇的轉換開關
四、實驗步驟
1.實驗指導
1)指導教師講解超聲檢測儀使用注意事項。
2)指導教師藉助實驗設備講解超聲檢測儀的工作原理和各旋鈕的功能。
2.學生練習
(1)將超聲檢測儀、探頭、電源線等正確連接,組成超聲檢測系統。
(2)依次開啟總電源、超聲檢測儀電源,觀察、記錄儀器顯示屏上的顯示情況。
(3)將直探頭置於塗有耦合劑甘油的CSⅠ型試塊上,並對準試塊下面的中心孔。(斜探頭可選用CSK-ⅠA試塊,對準R100的圓弧面)。
(4)調節超聲檢測儀的衰減器、深度旋鈕,觀察、記錄顯示屏上回撥的高度、水平位置的變化,並分析其原因。
(5)在儀器和探頭不作調整的情況下,將試塊換成同類型不同高度的試塊(斜探頭可換做探測CSK-ⅠA試塊上Φ50孔),再次觀察、記錄顯示屏上回波的變化,並分析其原因。
五、注意事項
1、探頭的保護
探頭表面為丙烯樹脂,對粗糙表面的重劃很敏感,因此在使用中應輕按。測粗糙表面時,儘量減少探頭在工作表面的划動。
2、實驗過程中,防止摔壞儀器、探頭和試塊。並注意自身安全。
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