超声波检测试验讲义Word格式文档下载.docx
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垂直线线
100
2
79.4
4
63.1
6
50.1
8
39.8
10
31.6
12
25.1
14
20.0
16
15.8
18
12.5
20
10.0
22
7.9
24
6.3
26
5.0
28
4.0
30
3.2
图1图2
2.测定水平线性
缺陷在工件中的位置是通过缺陷回波在示波屏上的位置反映出来的，通过仪器有关旋钮调整能否使仪器示波屏上的水平扫描线按一定比例反映超声波在工件中所经过的距离，即为仪器的水平线性，以水平线性误差表示。
如图3所示，把直探头平稳地耦合在IIW1试块上厚度25mm的平面上（应离开边缘有一定距离以防止侧壁效应干扰），调节仪器上的"
，"
衰减"
水平"
（或"
零位"
延迟"
），"
深度"
（粗调与细调），当采用"
五次底波法"
时：
应使示波屏上出现五次无干扰底波，在相同回波幅度（例如50%或80%满刻度）情况下，使第一次底波B1前沿对准水平刻度线的20mm刻度，第五次底波B5前沿对准水平刻度线的100mm刻度，然后依次将B2，B3，B4调节到上述相同幅度下读取第二，三，四次底波前沿与水平刻度线上的40mm，60mm和80mm刻度的偏差，填入表2，取最大偏差△max（以mm计）按下式计算水平线性误差：
△=（｜△max｜/0。
8L）x100%，式中L为水平刻度线全长，通常为100mm，故0。
8L=80mm
图3图4
表2
底波次数
B1
B2
B3
B4
B5
水平刻度标定值（mm）
40
60
80
实际读数（mm）
偏差（mm）
采用五次底波法仅能测定0。
8L范围内的水平线性，而对前面占0。
2L的范围则不能测定，因此现在已要求采用六次底波法，即：
以相同幅度（50%或80%满刻度）使B1前沿对准水平刻度线0mm处，B6前沿对准水平刻度100mm处，也在相同幅度下读取B2，B3，B4，B5各底波前沿与水平刻度线20mm，40mm，60mm，80mm的偏差（见图4），填入表3，取最大偏差△max（以mm计）按下式计算水平线性误差：
=（｜△max｜/L）x100%，式中L为水平刻度线全长，通常为100mm。
表3
B6
3。
测定电噪声
仪器内部电子元件及电路上的固有噪声（电子噪声）的大小对超声检测时的信噪比有影响，并且其大小与仪器的工作频率和脉冲重复频率有关。
测定方法：
将探伤仪的灵敏度调至最大（"
最大，"
为零，"
关闭，"
发射强度"
或"
脉冲能量"
最大），且扫描范围最大，在避免外界干扰的条件下（卸掉探头，仪器周围无高频或强磁场干扰等），读取水平基线上电噪声平均幅度在垂直刻度上的百分数作为仪器的电噪声水平。
4。
测定动态范围
动态范围即是探伤仪放大器的线性工作范围，实用中是指在水平基线上能够识别最小反射波的界限，为了能够尽可能地利用示波屏上的波高值判断缺陷大小，就要求放大器的线性工作范围尽量大，以及动态范围应该尽量大为好。
测试步骤与垂直线性测量的方法基本相同，即调节平底孔最大回波高度为100%满刻度后，调节衰减器读取平底孔回波从100%满刻度下降到刚刚能够辨认的最小波高（一般取1%或1mm）时衰减器的调节量（dB值），将此作为探伤仪在该探头给定工作频率下的动态范围（不同参考反射体回波及不同工作频率下的动态范围是有差异的），在测试时可与垂直线性测定同时进行。
5。
衰减器精度的测定
衰减器是超声检测时进行定量评价的关键工具，其示值的准确度直接影响定量评价的精确度。
如图1所示，将直探头平稳地耦合在平底孔试块探测面上，找到平底孔最大回波后固定探头，使衰减器读数为零分贝，调节"
使平底孔回波高度为100%满刻度，然后调节衰减器，以1dB（或2dB）的步进增量增加到21（或22dB），记录每次衰减后的回波高度记入表4（A）栏，再使衰减器读数为10dB，重新调节"
使平底孔回波高度为100%满刻度，再同样调节衰减器以1dB（或2dB）步进增量增加到31（或32dB），记录每次衰减后的回波高度记入表4（B）栏。
A对B波高相差dB值按下式计算--△dB=20lg（HA/HB）。
衰减dB值
理论波高值（%满刻度）
实测A值（%满刻度）
实测B值（%满刻度）
A对B波高相差dB值
0（10）
1（11）
89.1
2（12）
3（13）
70.8
4（14）
5（15）
56.2
6（16）
7（17）
44.7
8（18）
9（19）
35.5
10（20）
31.5
11（21）
28.2
12（22）
13（23）
22.4
14（24）
15（25）
17.8
16（26）
17（27）
14.1
18（28）
12.6
19（29）
11.2
20（30）
21（31）
8.9
22（32）
[1]以1dB表示，将0-21dB（10-31dB）各次测定误差dB的绝对值相加除以22，得到平均每dB的误差值（±
）。
[2]以2dB表示，将0-22dB（10-32dB）各双数dB衰减测定的误差绝对值相加除以12，得到平均每2dB的误差值（±
[3]以12dB表示，将12dB（22dB）时的误差值作为每12dB的误差值（±
实验二超声波仪器与探头综合性能-直探头性能参数测定
一.实验目的：
掌握现场测试直探头性能参数的方法，包括：
探伤灵敏度余量，相对灵敏度，分辨力，始波占宽，声轴线偏移，扩散角及距离-振幅特性
二.实验设备：
超声波探伤仪直探头（2.5P14，2.5P20，5P14等均可）平底孔距离-振幅试块或声场测试水槽
IIW1试块（或CSK-IA，1号试块）钢制横孔距离≥探头近场长度两倍的试块Φ2-200mm钢制平底孔试块石英标定探头（2。
5Q20B或5Q20B）石英晶片固定试块
三.实验步骤：
1。
测定探伤灵敏度余量
提示：
探伤仪的最大探测灵敏度，或者说可探测到的最小缺陷，以在一定距离和一定尺寸的人工反射体上的灵敏度余量表示，称作探伤灵敏度余量。
方法
（1）：
只使用Φ2-200mm钢制平底孔试块，如实验六中的图1所示放置探头，找到埋藏深度200mm且直径2mm的平底孔最大回波，调整仪器的"
和"
关闭。
当仪器上的电噪声太高时，调整衰减器使电噪声平均幅度下降到10%满刻度，设此时衰减器读数为S0，然后调节衰减器使该平底孔最大回波下降到50%满刻度，设此时衰减器读数为S1，则在该探头和该仪器以及该试块条件下的探伤灵敏度余量为：
S=S1-S0（dB）
方法
（2）：
使用石英标定探头或石英晶片固定试块表示的探伤灵敏度余量。
连接石英标定探头耦合在IIW1试块上厚度100mm的侧平面上，找到100mm距离的底面最大回波，按方法
（1）调整仪器得到衰减器读数S0后，再调节衰减器使该最大回波下降到50%满刻度，此时衰减器读数为S2，则在此条件下仪器与石英标定探头组合的探伤灵敏度余量为：
SQ=S2-S0（dB）或者改接石英晶片固定试块（石英晶片与厚度100mm的45#钢试块已粘结成整体），同样按上述方法可测定在该条件下仪器与石英晶片固定试块组合的探伤灵敏度余量。
2。
测定相对灵敏度
在相同条件下比较被测直探头与石英晶片固定试块的灵敏度差值。
连接被测直探头耦合在IIW1试块上厚度100mm的侧平面上，找到100mm距离的底面最大回波，仪器调整同探伤灵敏度余量方法
（1），测出将第一次最大底面回波下降到50%满刻度所需的衰减dB值S3，换接上频率相同的石英晶片固定试块（石英晶片与厚度100mm的45#钢试块已粘结成整体），用同样方法测出将第一次最大底面回波下降到50%满刻度所需的衰减dB值S4，则在此条件下被测探头的相对灵敏度为：
Sr=S3-S4（dB）
测定分辨力
提示:
超声波在传递声路上对两个相邻缺陷反射能在示波屏上分辨出来的能力,以分辨力指标衡量,即以一定间隔的相邻反射体其回波分隔程度,以dB表示.
把被测直探头如图1所示耦合在IIW1试块上,适当调整"
衰减器"
（衰减器上应至少预留30dB备用）,并左右适当移动探头,使声程85mm和91mm（相隔6mm）的两个反射面回波高度相同并达到30或40%满刻度（图中的H）,以此为基准波高,减小衰减器数值（释放增益）至这两个回波之间的波谷上升到波峰原在的基准高度（"
H"
）,所需dB值即为该直探头在此条件下测得的X分辨力（一般简称为"
分辨力"
）.它表征对深度方向上相距6mm两个反射体的分辨能力.也可以用同样方法以dB表示对深度方向上相距9mm（91mm和100mm两个反射面）时的分辨力（Y分辨力）,但一般只采用X分辨力.
图1
4.测定始波占宽
图2
图3
始波占宽是指示波屏上时脉冲在水平刻度线上所占宽度,其大小与仪器的发射强度（发射脉冲持续时间）有关,对超声检测时的近表面分辨力（探测距离探测面最近缺陷的能力）有影响.
将探伤仪"
置中等,把直探头如图2所示耦合在IIW1试块厚度100mm的侧平面上,调节仪器"
深度细调"
旋钮,使第一次底波B1，前沿对准水平刻度50mm,第二次底波B2前沿对准水平刻度100mm（即纵波1:
2定标）,应注意调节"
（衰减器上至少预留12dB备用）使B2高度为50-80%满刻度时对准100mm刻度,这样定位的准确度较好,然后将探头移到Φ2-200mm钢制平底孔试块上,如实验一中的图1放置,找到最大平底孔回波,调节衰减器或增益使该平底孔最大回波高度达到50%满刻度,固定好探头,然后将衰减器数值减小12dB（释放增益12dB）,读取从水平刻度零点至始波后沿与垂直刻度20%线交点所对应的水平距离W1,换算成钢中纵波传播距离（双声程）,以mm表示,即为该直探头在此条件下的负载始波占宽（见图3）.测出负载始波占宽后,拿起探头置于空气中,抹净探头表面的耦合剂,读取从水平刻度零点至始波后沿与垂直刻度20%线交点所对应的水平距离W2,即为该直探头在此条件下以钢中纵波传播距离（双声程,mm）表示的空载始波占宽.注意:
空载与负载始波占宽在数值上是不同的.
5.测定声轴线偏移
图4
直探头的名义声轴线是指通过晶片辐射面中心并与该辐射面垂直的轴线,实际上由于装配工艺误差,探头保护膜的厚度不均匀或使用中发生的磨损,磨偏,都会造成声轴线偏移.将直探头如图4所示耦合在IIW1试块上,事先应在探头外壳上做好方向标记（X,Y方向）,将探头的几何中心轴对准Φ1.5mm通孔的中心轴,使探头的Y方向与孔轴线平行,沿X方向左右移动探头找到孔的最大回波,此时探头几何中心偏离试块上Φ1.5mm孔中心（距离边缘15mm）的偏移量记作△X（mm）,再使探头转动90°
（即用X方向代替原来的Y方向,此时X方向与孔轴线平行）,按相同方法测出△Y（mm）,则声轴线偏移θ为:
θX=arctg（△X/35）
θY=arctg（△Y/35）
6.测定声束扩散角
图5
超声波从声源开始成一波束以某一角度扩散出去,在声源（探头）中心轴线上声压（或声强）最大,偏离中心轴线的位置上声压减小,当边缘声压为零时偏离中心轴线的角度称为零扩散角,在此范围内形成主声束,扩散角的大小取决于超声波的波长（和传声介质相关）与探头晶片直径大小,其关系为:
θ0=arcsin1.22（λ/D）或θ0=70（λ/D）（圆形晶片直径D,波长λ）.
扩散角的大小在实际超声检测中影响很大,一般情况下都希望扩散角要小,以获得指向性好,声能集中的狭窄声束,可提高对缺陷的分辨能力和便于准确判定缺陷在探测面上的投影位置.
在实际评定扩散角时,一般多采用6dB法（θ6dB）和20dB法（θ20dB）.
选用Φ1mm或Φ2mm长横孔作反射体,横孔到探测面的距离应大于等于两倍探头近场长度,试块材料应与将要检测的材料相同或相近.将探头如图5所示耦合在试块上,事先在探头外壳上做好参考方向标记（X,Y方向）,先以Y方向与孔轴线平行,沿X方向左右移动探头找到横孔的最大回波,调整仪器"
（衰减器上应预留20dB备用）,使该横孔的最大回波高度为50%满刻度,然后提高增益6dB（或20dB）,沿X方向移动探头至回波高度重新下降到50%满刻度,此时探头中心到孔轴新的水平距离为△X6dB（或△X20dB）,设孔中心到探测面距离为L,则扩散角分别为:
（△X6dB/L）=tgθ6dB
（△X20dB/L）=tgθ20dB
将探头转动90°
后（即用X方向与孔轴线平行）,再用同样方法测出Y方向的扩散角.
7.测定距离-振幅特性
图6
探头发射的超声波随距离增大其声压将发生变化,在声场中有声压起伏变化大的近场区和声压随距离单调下降的远场区,距离-振幅特性曲线能反映声场轴线上的声压分布变化规律,从而有利于选择最佳工作区域.
方法
（1）:
接触法
利用一整套距离-振幅平底孔（或横孔）孔径相同的试块,把直探头耦合在试块上,如图6所示,以最远距离的平底孔最大回波高度为50%满刻度时衰减器读数为a1,依次在距离越来越小的试块上找到平底孔最大回波并用衰减器将其高度降到50%满刻度的基准波高,依次读出衰减器上的读数为a2,a3,a4,...直到直探头已无法识别最近距离的平底孔为止,然后以dB值读数为纵坐标,相应的平底孔距离为横坐标,按实测值绘出距离-振幅特性曲线,曲线上的最高点是近场距离的终点.
方法
（2）:
水浸法（适用于水浸直探头）
图7
如图7所示,在声场测试水槽中调节被测探头,使其沿中心轴线移动时始终对准声场测试水槽中的Φ4mm或Φ2.5mm钢制球靶,由远及近地测出探头与球靶间不同距离的回波幅度,同样用直角坐标图形表示,即纵坐标为回波幅度（dB）,横坐标为对应的探头至球靶距离（mm）.
距离-振幅特性曲线上的最高点对应的距离在平直探头时即为探头在水中的近场长度,对于水浸聚焦探头则是探头在水中的焦距（实测值）
实验三超声波仪器与探头综合性能-斜探头性能参数测定
一.目的:
掌握现场测试斜探头性能参数的基本方法,包括:
探头前沿,K值,相对灵敏度,分辨力,始波占宽,声轴线偏斜,声束纵截面前后扩散角,声束横截面左右扩散角,双峰,距离-振幅特性
二.实验设备
超声波探伤仪
斜探头
IIW1或CSK-IA,1号试块
CSK-IIIA试块
石英晶片固定试块
三.实验步骤
1.测定探头前沿
一束超声波从晶片定向发射,通过斜楔到达试件表面,在试件表面上开始进入试件的同时发生声束折射,并有波型转换.入射点在斜楔上的准确位置必须预先测定才能进行下一步的K值测定和探伤时的缺陷定位,并且由于斜楔在使用中会不断磨损,因而入射点的位置也将变动,需要经常校对.为使用方便起见,以入射点距离探头（斜楔）前端面距离--探头前沿表示.
将斜探头如图1所示对准IIW1试块的R100曲面,找到最大回波时固定探头,用钢板尺量出试块边缘到探头前端面距离X,读数精确到0.5mm,则该探头前沿长度L=100-X（mm）
2.测定斜探头K值
图2
斜探头上标志的K值表示在钢中横波折射角β的正切值,即K=tgβ,在实际应用中利用K值确定缺陷位置较为方便,但也由于斜楔在使用中会发生磨损而使折射角发生变化,故亦需经常校验,此外,若斜探头用于其他材料（例如铝合金,钛合金等）时,也应在相应材料的试块上测定其折射角正切值.在测定K值时,探头入射点到反射体的距离应至少大于等于斜探头在钢（或相应被测材料）中近场距离的两倍以保证测量的准确性.
将斜探头如图2所示放置在IIW1试块上,其中:
探头上标称的K值≤1.5时,探头放置（A）处进行测定,观察Φ50mm孔的回波,按图示KA公式计算K值,当K值＞2.5时探头放置（B）处,观察Φ1.5mm孔的回波,按KB式计算,当1.5＜K≤2.5时,探头放置（C）处,观察Φ50mm孔的回波,按KC式计算.在测定时应前后移动探头直到找到孔的最大回波时固定探头,再分别测定试块边缘到探头前端面的距离XA,XB,XC,再各自按KA,KB,KC计算各K值,式中L为探头前沿.
3.测定相对灵敏度
连接斜探头置于IIW1试块上,使声束方向与试块侧面保持平行并对准R100曲面（如图1）,前后移动探头至R100曲面回波最高,调整衰减器使回波幅度为50%满刻度（此时"
最大或某一固定值,"
也是同样设置,"
关闭）,设此时衰减器读数为S0.
换上频率与被测探头相同的石英晶片固定试块,只调节衰减器使其第一次底波幅度为50%满刻度,设此时的衰减器读数为S1.
则该斜探头与石英晶片固定试块的相对灵敏度为:
S=S0-S1.
4.测定分辨力
在CSK-IA试块上,将斜探头如图3所示放置,通过调整"
（应预先保留至少30dB衰减量）并适当左右,前后移动探头,使Φ50mm和Φ44mm两个有机玻璃圆柱面反射回波高度相等并达到40%满刻度,然后减小衰减器读数,即释放增益,使两回波之间的波谷上升到40%满刻度,即测出波峰对波谷的dB值,表示斜探头对声程差3mm的两个反射体的分辨力,同样也可以测定对Φ44mm和Φ40mm两个声程差2mm的反射体的分辨力.
5.测定始波占宽
将"
置中等程度的位置,将斜探头置CSK-IA试块上,其声束对向R50mm和R100mm曲面,找到最大回波,调整"
旋钮使R50mm回波前沿对准水平刻度的50mm,使R100mm回波前沿对准水平刻度的100mm（声程1:
1定标）,调节"
使R100mm的最大回波高度为50%满刻度,然后将"
减少40dB（增益提高40dB）,这时把探头提起置于空气中,抹净探头上的耦合剂,读取从水平刻度零点至始波后沿与垂直刻度20%线交点对应的水平距离W0,即为该斜探头的空载始波占宽,用钢中横波传播距离（mm）表示.
6.测定声轴线偏斜
声束从晶片发射后本应按照探头的几何中心轴线方向传播,但是由于制造装配上的误差以及使用过程中的斜楔磨损,都会使声束偏离几何中心轴线,从而影响缺陷定位的准确性.
将斜探头置于IIW1试块厚度25mm的平面上,如图4所示,对向棱边,其中K≤1的探头测试时利用试块的上端棱边,K＞1的探头,测试时利用试块的下端棱边.前后移动和左右摆动探头找到棱边回波最高,然后用量角器测量斜探头侧面与试块端面法线的夹角θ,即为声束偏斜角,读数应精确到0.5°
或者也可以在斜探头侧面以入射点位置（由探头前沿确定）为端点,用钢板尺测量该点到棱边的垂直距离H和沿探头侧面延伸到棱边的距离S,则声轴线偏斜角为:
θ=arccos（H/S）
图4
7.测量声束纵截面前后扩散角
声束从晶片发射时,倾斜晶片两端声线入射角不同,造成折射声束纵截面的前后扩散角不同,使折射声束有上抬倾向.
将斜探头如图5所示放置对准IIW1试块上的Φ50mm（或Φ1.5mm）孔,首先前后移动探头找到最大回波,可按前面实验得到斜探头声轴线折射角β0（或K值）,然后在此点向前移动探头至回波幅度下降6dB时,按K值测定方法测出此时6dB扩散声束后缘折射角β1,则该探头声束纵截面的后扩散角（β0-β1）,把探头后移,用同样方法测出其前扩散角为（β2-β0）
8.测量声束横截面左右扩散角
用以校验声束对称性
将斜探头置于IIW1试块厚度25mm的平面上,对准Φ1.5mm横通孔（此时呈竖孔）,如图6所示.
首先在平面上移动探头找到竖孔的最大回波,孔中心到探头入射点（由探头前沿确定）的距离X0=25K（直射法）或2x25K（一次反射法）,然后左右平移探头至其最大回波幅度下降6dB时得到移动距离W+和W-,则该探头的声束横截面左右扩散角分别为:
θ+=arctg（W+/X0）,θ-=arctg（W-/X0）
9.测量斜探头发出的波束有无双峰存在
斜探头声场中有时会出现较大的副瓣,这与晶片电极的焊点以及阻尼块等制作工艺有关,以至在形状上呈现两个声能相对较集中的声束,称为"
双峰"
现象,双峰现象的存在将影响缺陷的定位与定量评定,因此,对于存在双峰的探头一般均应予报废.
将斜探头如图5所示放置,首先找到最大反射回波,然后仔细地前后移动探头,观察回波是否单调下降,若有双峰存在时,则在主声束两侧的回波幅度会出现上升现象,图7示出几种双峰的形状,如果使用频谱仪测量能更直观地观察到双峰的形状.
10.测量距离-振幅特性
在CSK-IIIA或CSK-IIA试块上,以埋藏深度为10,20,30,40,50,60,70mm的一组短横孔或长横孔反射体,首先以埋藏深度70mm（如果探伤仪灵敏度不够则从50mm起）的最
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