超声波探伤课件2

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1、超声检测,董金华 IBCC 160816,圆盘源辐射的纵波声场,圆平面晶片辐射声源的中心轴线上的声压分布，在距声源较近处，由于压电晶片上的各个点辐射源到轴线上同一点的声波的相位差会引起声波的干涉现象而使得瞬时声压存在着若干个周期性的极大值和极小值，这使得不同的点上的声压变化很大，由该区域的回波信号无法正确获取缺陷的有关信息。该区域被称为超声近场区。,近场区长度N,波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度，用N表示。 当D2，有N=(D-)/4=D/4 尽量避免在近场区探伤定量。 当距波源距离X3N时，声压与距离间的关系接近线性，近似球面波的规律。,声束指向性,表征声源辐射场特征的

2、另一个重要特性是声束的指向性。 声源向一个确定的方向集中辐射超声波束的性质就是声源的声束指向性。声束指向性反映了声场中声能的集中程度和几何边界。超声探伤要求定量定位所用的超声场必须具有良好的声束指向性。 主声束的边界与声源轴线的夹角就称为半扩散角，通常用表示。,半扩散角,若声束半扩散角越小，则超声波的辐射能量越集中，声束指向性就越好，对缺陷的定位精度越高，对不同缺陷分辨力及检测的灵敏度也越高。 直径为D的圆形晶片激发波长为的超声波时的半扩散角表示为=70/D(度) 边长为a的正方晶片激发波长为超声波时的半扩散角表示为 =57/a(度),非扩散区b,在波源附近存在着这样一个区域，声波并没有扩展，

3、声束可以看成是一个圆柱体，离波源不同距离处的平均声压基本不变，就称为非扩散区。 非扩散区是一个圆柱形区域，其长度b=1.64N，N为近场区长度。在非扩散区（xb），超声波的波阵面为平面，形成平面波声场，其声压不随与声源的距离的变化而变化。 当xb时，超声波声束扩展；当x3N时，超声波声束以球面波传播。,超声场的扩散,一、概述 1、仪器的作用 2、仪器的分类,第三章 仪器、探头和试块 第一节 超声波探伤仪,脉冲波 连续波 调频波 A型显示 B型显示 C型显示 单通道 多通道,按超声波的连续性分类 按显示方式分类 按通道分类,A型显示是一种波形显示，探伤仪的屏幕的横坐标代表声波的传播距离，纵坐标代

4、表反射波的幅度。由反射波的位置可以确定缺陷位置，由反射波的幅度可以估算缺陷大小。,B型显示是一种图象显示，屏幕的横坐标代表探头的扫查轨迹，纵坐标代表声波的传播距离，因而可直观地显示出被探工件任一纵截面上缺陷的分布及缺陷的深度。,C型显示也是一种图象显示，屏幕的横坐标和纵坐标都代表探头在工件表面的位置，探头接收信号幅度以光点辉度表示，因而当探头在工件表面移动时，屏上显示出被探工件内部缺陷的平面图象，但不能显示缺陷的深度。,二、超声波探伤仪工作原理,A型显示探伤仪,同步电路,发射电路,扫描电路,接收 放大电路,主要组成部分及作用 同步电路： 扫描电路： 发射电路： 接收电路： 显示电路： 电源：,

5、同步电路 产生数十至数千个脉冲， 触发探伤仪扫描电路和发射电路,扫描电路 产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上,发射电路 产生几百至上千伏的电脉冲，加于发射探头，激励压电晶片振动，发射超声波,接收电路 由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成,主要控制旋钮及功能,工作方式选择,发射强度,衰减器,增益,深度范围,脉冲位移(延迟),抑制,数字探伤仪的特征与应用 常用的A扫描数字超声仪，稳定性好， 使用方便,超声仪器使用要点,(1) 开启电源 (2) 工件测厚 (3) 测入射点 (4) 测折射角 (5) 扫描比例 (6) DAC曲线 (7) 粗探在先 (8) 细探在后 (9) 指示长度 (1

6、0) 平行检查 (11)校准两点 (12) 关机清场,第三节 探头,探头的作用、原理 一、压电效应某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之，当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。正、逆压电效应通称为压电效应。,二、压电材料主要性能 压电应变常数d33 压电电压常数g33 介电常数 机电耦合系数K 机械品质因子m 频率常数N 居里温度Tc,N=tfo=CL/2,超声波探头对晶片的要求 机电耦合系数K较大，以便获得较高的转换效率； 机械品质因子m较小，以便获得较高的分辨率和较小的盲区； 压电应变常数d33和压电电压常数g33较大，以便获得较高

7、的发射、接收灵敏度； 频率常数N较大，介电常数较小，以便获得较高的频率； 居里温度Tc较高，声阻抗Z适当,三、探头种类 和结构,直探头 斜探头 表面波探头 双晶探头 聚焦探头 高温探头 、电磁探头,探头种类 和结构,直探头用于发射和接收纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板材、锻件探伤等。,探头种类 和结构,斜探头可分为纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头，常用的是横波斜探头。 横波斜探头主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝、汽轮机叶轮等。 当斜探头的入射角大于或等于第二临界角时，在工件中产生表面波，表面波探头用于探测表面或近表面缺陷。,探头种类 和结构,双晶探头有两块压电晶

8、片，一块用于发射超声波，另一块用于接收超声波。根据入射角不同，分为双晶纵波探头和双晶横波探头。 双晶探头具有以下优点： 灵敏度高 杂波少盲区小 工件中近场区长度小 探测范围可调 双晶探头主要用于探伤近表面缺陷。,探头种类 和结构,基本频率,探头型号的组成,晶片尺寸,探头种类,特征,晶片材料,2.5P20Z 5P66K2.5,第四节 试块,1、确定探伤灵敏度 超声波探伤灵敏度太高或太低都不好，太高杂波多，判伤困难，太低会引起漏检。因此在超声波探伤前，常用试块上某一特定的人工反射体来调整探伤灵敏度。 2、测试仪器和探头的性能 超声波探伤仪和探头的一些重要性能，如放大线性、水平线性、动态范围、灵敏度

9、余量、分辨力、盲区、探头的入射点、K值等都是利用试块来测试的。 3、调整扫描速度 利用试块可以调整仪器屏幕上水平刻度值与实际声程之间的比例关系，即扫描速度，以便对缺陷进行定位。 4、评判缺陷的大小 利用某些试块绘出的距离-波幅-当量曲线（即实用AVG）来对缺陷定量是目前常用的定量方法之一。特别是3N以内的缺陷，采用试块比较法仍然是最有效的定量方法。此外还可利用试块来测量材料的声速、衰减性能等。,试块的 分类 1. 按试块来历分 标准试块 参考试块 2. 按试块上人工反射体分 平底孔试块 横孔试块 槽形试块,IIW（荷兰试块）,国内外常用试块,国内外常用试块,IIW2（牛角试块）,GB/T113

10、45-89标准采用的试块有： CSK-A CSK-A CSK-A RB-1 、2 、3 JG/T203-2007标准采用的试块有： CSK-B CSK-A RB-1 CSK-ICi CSK-ICj JB/T4730.3-2005标准采用的标准试块有： （1）钢板用标准试块：CB、CB （2）锻件用标准试块：CS、CS、CS （3）焊接接头用标准试块：CSK-A 、 CSK-A、 CSK-A、CSK-A,对比试块,对比试块是用于检测校准的试块； 对比试块的外形尺寸应能代表被检工件的特征，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。如果涉及到两种或两种以上不同厚度部件焊接接头进行检测时，试块的厚度由其最大厚

11、度来确定。,第五节 仪器和探头的性能及其测试,仪器的性能及其测试 水准线性 垂直线性 动态范围 衰减器精度,水平线性 = 100% 仪器水平线性是指仪器屏幕上时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度，或者说是屏幕上多次底波等距离的程度。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。,amax 0.8b,垂直线性 仪器的垂直线性是指仪器屏幕上的波高与探头接收的信号之间成正比的程度。垂直线性的好坏影响缺陷定量精度。 D=（ d1 + d2 ）,动态范围 将满幅度100%某波高用衰减器衰减到刚能识别的最小值时所需衰减的dB值 *这时抑制为0 衰减器精度 任意相邻12dB误差1dB 可

12、以用直探头探测试块内同声程的2和 4平底孔，用衰减器将回波其调至同一高度，此时衰减器的调节量与12dB的差值即为衰减器误差,探头的性能及其测试 1、斜探头入射点 斜探头的入射点是指其主声束轴线与探测面的交点。入射点至探头前沿的距离称为探头的前沿长度。测定探头的入射点和前沿长度是为了便于对缺陷定位和测定探头的K值。 注意试块上R应大于钢中近场区长度N，因为近场区同轴线上的声压不一定最高，测试误差大。 2、斜探头K值和折射角 斜探头K值是指被探工件中横波折射角的正切值。 注意测定斜探头的K值或折射角也应在近场区以外进行。,探头的性能及其测试 3、探头主声束偏离和双峰 探头实际主声束与其理论几何中心

13、轴线的偏离程度称为主声束的偏离。 平行移动探头，同一反射体产生两个波峰的现象称为双峰。 探头主声束偏离和双峰，将会影响对缺陷的定位和判别。 4、探头声束特性 探头声束特性是指探头发射声束的扩散情况，常用轴线上声压下降6dB时探头移动距离（即某处的声束宽度）来表示。,仪器和探头的综合性能及其测试 灵敏度余量 灵敏度 超声波探伤中灵敏度一般是指整个探伤系统（仪器和探头）发现最小缺陷的能力。发现缺陷愈小，灵敏度就愈高。 仪器的探头的灵敏度常用灵敏度余量来衡量。灵敏度余量是指仪器最大输出时（增益、发射强度最大，衰减和抑制为0），使规定反射体回波达基准高所需衰减的衰减总量。灵敏度余量大，说明仪器与探头的

14、灵敏度高。灵敏度余量与仪器和探头的综合性能有关，因此又叫仪器与探头的综合灵敏度。,仪器和探头的综合性能及其测试 盲区与始脉冲宽度,盲区是指从探测面到能够发现缺陷的最小距离。盲区内的缺陷一概不能发现。 始脉冲宽度是指在一定的灵敏度下，屏幕上高度超过垂直幅度20时的始脉冲延续长度。始脉冲宽度与灵敏度有关，灵敏度高，始脉冲宽度大。,仪器和探头的综合性能及其测试 分辨力 仪器与探头的分辨力是指在屏幕上区分相邻两缺陷的能力。能区分的相邻两缺陷的距离愈小，分辨力就愈高。 A、B、C不能分开时 F=(91-85)a/(a-b)=6a/(a-b) A、B、C能分开时 F=(91-85)c/a=6c/a,仪器和

15、探头的综合性能及其测试 信噪比 信噪比是指屏幕上有用的最小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波幅度之比。信噪比高，杂波少，对探伤有利。信噪比太低，容易引起漏检或误判，严重时甚至无法进行探伤。,JG/T203-2007对探伤仪、探头和系统性能的规定,（1）探伤仪性能 a）工作频率：0.5MHz10MHz b）垂直线性：在荧光屏满刻度的80%范围内呈线性，误差不大于5% c）水平线性：误差不大于1% d）衰减器：80dB以上连续可调，步进级每档不大于2dB，精度为任意相邻12dB误差在1dB以内，最大累计误差不大于1dB,JG/T203-2007对探伤仪、探头和系统性能的规定,（2）探头 a）晶片面积一般

16、不应大于500mm2，且任一边长原则上不大于25mm b）单斜探头声束轴线水平偏离角不应大于2，主声束垂直方向不应有明显的双峰,JG/T203-2007对探伤仪、探头和系统性能的规定,（3）超声探伤仪和探头的系统性能 a）在达到所探工件的最大检测声称时，其有效灵敏度余量应不小于10dB b）仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于10% c）仪器和直探头组合的始脉冲宽度（在基准灵敏度下） 对于频率为5MHz的探头，宽度不大于10mm 对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于15mm d）直探头的远场分辨力应不小于30dB 斜探头的远场分辨力应不小于6dB,探伤技术分类： 原理分脉冲反射法、穿透法、共振法 显式分A、B、C型显示 波型分纵波法、横波法、表面波法 探头分单斜法、双探头法、多探头法 耦合分接触法、液浸法 射角分直射