实验四 超声波检验.doc

实验四 超声波检验 —、实验目的 1、了解和掌经超声波测厚的原理和方法； 2、了解和掌握超声波探伤原理，及对缺陷定位，定量的有关方法。 二、实验内容 本实验包括超声波测厚和超声波探伤二部分： 1、超声波测厚 1.1、 测厚原理 “超声波”是一种频率在22千赫兹以上。人耳听不到的高频声波 它在介质中传播有一定的方向性 在不同的介质界面，具有反射或折射的特点。在固定的介质中传播有恒定的声速。 测厚的机理是当探头接收到仪器给定的电脉冲信号后，探头晶片产生高频机械振动。激发出超声波 探头与工件表面接触，又将超声波传到工件中。超声波到达工件底面，又从工件底面返回（超声波在空气中不传播）到工件上表面并被探头接收。又经探头晶片转换成电讯号回到仪器。发射脉冲和反射脉冲之间的时间，表示了超声波在工件中来回传播的路程：即： 2H=T C 其中，H—工件厚度，C—工件材质的纵波速度，T—发射脉冲至反射脉冲的时间。 由于材料的声速是一个常数，所以T与H成正比。故可用时间来作为厚度的表征量，并将这个时间数字化。以厚度单位表示出来。 1.2 厚度的测定 1.2.1 测厚前准备工作 选择好测厚点。请除表面污锈焊渣， 将凸凹物打磨平，准备好毛刷及藕合剂。光滑平面可用机油作藕合剂，粗糙表面或有曲率的表面以甘油作耦合剂。 1.2.2 仪器的使用 仪器不同使用方法亦不同。现对常用的数字式超声波测厚仪的使用方法作如下简介： （1）检查电源： 注意电池极性不要装错。 （2）选用探头：对声波衰减小（细晶粒）的材料选用10MHz探头；对声波衰减大或表面粗糙的工件应选用频率5MHz的探头。并根据选用探头的类型，标定仪器的零点。 （3）根据测量范围及需要的最小显示单位，将量程开关及最小显示单位开关置于相应位置。 （4）声速开关的位置：根据被测材料的纵波声速，将开关置于相应档位。钢材的纵波声速为 5850 m／s。 （5）仪器的校准：测量之前必须先对仪器校准。校准必须用与被检材料相同的试块。每台仪器都配有相应的标准钢材试块。 较准步骤：各开关置于相应位置后，探头与试快耦合。用“声速微调”旋钮调整。使读数与试块厚度相符。反复几次读数无变化，即可进行测量。如果仪器改变量程，改变读数单位，或更换探头时，必须按上法重新校准。 2、超声波探伤 2.1 超声波探伤原理 超声波探伤不仅可以检查表面缺陷，而且对深埋在工件内部的缺陷也能检查出来。它具有灵敏度高，探伤速度快，经济适用等优点，因此应用很广，但缺陷显示不直观，不能存档。 探伤仪的脉冲发生器，发出高频电脉冲信号并激发探头晶片。由于探头晶片具有压电效应，电脉冲信号被转换成机械弹性振动，产生超声波。探头与工件接触后，将超声波传送到工件中，在超声波传播的路途中，当碰到不同声阻抗界面时，（如小缺陷）有一部分超声波被提前反射或折射回来。而另一部分到达工件底面返回来，因此造成时间差。返回来的二部分超声波均被探头接收。因压电效应是可逆的，所以超声波脉冲又被转换成电讯号。发射脉冲和反射脉冲通过仪器接收电路放大，检波、增幅等过程，然后在扫描示波器上显示出来。 如果在工件中有一个小于探头面积的缺陷，在荧光屏上会出现始波T，缺陷波F，底波 B，见示意图 4-1 图4-1 一次脉冲反射法探伤示意图 T(Transmit) ~始波 F(Fault) ~伤波 B(Bottom) ~底波 2.2 探头种类及选择 探头又称换能器。 它的选择合适与否对探伤结果影响很大。如果用液浸法探伤就必须选用液浸探头，此时探头和工件都置于水中。二者不直接接触。直探头的晶片直接与工件接触。斜探头是由探头与有机玻璃斜楔组成。斜楔与工件接触，使超声波成一定角度入射到工件。直探头是纵波工作．斜探头是横波工作。探头频率应与仪器的频率一致．对斜探头入射角的选择。主要是根据工件厚度来决定。工件愈薄。选择斜探头的入射角应愈大． 探头中起能量转换作用的是晶片。晶片种类有石英，硫酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅等。目前生产的探头大多是锆钛酸铅晶片，晶片很脆，使用时要注意保护探头。切勿摔、碰、敲击。 2.3 探伤前的准备工作 （1）电源：超声及探伤仪大多效只适用于直流电源。仪器通常带有蓄电池和整流器。在使用交流电源时。必须与整流器相连。严禁将仪器直接插入交流电源中； （2）工件表面的处理：工件表面不允许有锈蚀、斑点、氧化层、油漆等污物、粗糙度在12.5以上为佳 表面粗糙易磨损探头。又易出现杂波，影响探伤效果；探头与工件之间要涂耦合剂，排除空气层，使超声波较多地传给工件，减少损失。因为空气层会阻碍超声波的通过。通常用的耦合剂是机油和水； （3）确定探伤方法：探伤方法是保证探伤效果的重要环节。探伤前应根据工件形状、探伤要求、缺陷特点等因素，拟定探伤方案； （4）选择工作频率：频率的选