超声检测设备和器材；

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1、第二章超声检测 设备和器材第二章超声检测设备和器材n超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、 试块、 耦合剂和机械扫查装置等。超声检测仪和 探头对超声检测系统的性能起着关键性的作用， 是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号 进行接收、处理、显示的部分。由这些设备组成 一个综合的超声检测系统，系统的总体性能不仅 受到各个分设备的影响，还在很大程度上取决于 它们之间的配合。随着工业生产自动化程度的提 高，对检测的可靠性、速度提出了更高的要求， 以往的手工检测越来越多地被自动检测系统取代 。n2.1 超声波探伤仪-概述n1.仪器的作用n超声波探伤仪是超声波探伤的主体设备，它的 产生是产生电振荡

2、并加于换能器探头，激 励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号 进行放大，通过一定的方式显示出来，从而得 到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等 信息。n2.仪器的分类n超声仪器分为超声波检测仪器和超声波处理（ 或加工）仪器，超声波探伤仪属于超声波检测 仪器。常用的分类方法有：n按超声波的连续性分类 脉冲波探伤仪：通过探头向工件周期性地发 射不连续且频率不变的超声波，最广泛。 连续波探伤仪：通过探头向工件发射连续且 频率不变的超声波，灵敏度低，不能确定 缺陷位置，大多被脉冲波代替，在共振测 厚和超声显像方面有用。 调频波探伤仪：通过探头向工件发射连续且 频率周期性变化的超声波，利用发射波和

3、反射波的差频变化判断缺陷情况，也大多 被脉冲波代替。n按缺陷显示方式分类 A型显示探伤仪 B型显示探伤仪 C型显示探伤仪nA型显示是一种波形显示，屏幕的横坐标 代表声波的传播时间（或距离），纵坐标 代表反射波的声压幅度。 可以认为该方式 显示的是沿探头发射声束方向上一条线上 的不同点的回波信息。图为A型显示原理 图。图中，T表示发射脉冲，F表示来自缺 陷的回波，B表示底面回波。B型显示呈现的是声束方向工件断面上深度不同和横向大小不同的缺陷分布图像，通过该图像可以看出各缺陷的深度和垂直于声束方向的缺陷横向大小，在没有缺陷的部位则没有图像显示。C型显示呈现的是声束方向的缺陷俯视平面形状图，可以直观

4、显示缺陷的形状、大小，但是没有反映出缺陷的深度，有的仪器利用彩色显示屏用不同颜色表示出一定的深度范围，因此可以得知缺陷的近似深度。n按超声波的通道分类 单通道探伤仪 多通道探伤仪n按是否数字化分类： 数字式超声波检测仪 模拟式超声波检测仪数字式超声检测仪是计算机技术和传统超声检 测技术相结合的产物。 它具有传统模拟式检测仪 的基本功能，同时又增加了数字化带来的先进功 能，即实现了仪器功能的精确、自动控制，信号 获取和处理的数字化和自动化，检测结果的可记 录性和可再现性。 以上分类中，模拟式和数字式A型脉冲反射 式超声波检测仪在工程实际中应用最为广泛。超声波检测仪 (a)、 (b)、 (c) 数

5、字式超声检测仪； (d) 探伤小车2.1 超声波检测仪工作原 理n一、仪器电路方框图A型脉冲反射式超声波探伤仪电路方框图nA型脉冲反射式超声波探伤仪相当一种专用的示 波器，尽管型号、外形、体积和功能各不相同， 但它们的基本结构和原理都大同小异。n探伤仪主要组成部分：同步电路、扫描电路、发 射电路、接收电路、显示电路和电源电路。n方框（电路）图是把仪器每一部分用一方框表示 ，各方框之间用线条连接起来，表示各部分之间 的关系。方框图只能说明仪器的轮廓（大致结构 ）和大致工作原理，看不出电路的详细连接方法 ，也看不出元件的具体位置。二、A型脉冲反射式超声波探伤仪工作 原理同步电路产生触发脉冲同时加至

6、扫描电路和发射电路，扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至 示波管水平偏转板，使电子束发生水平偏转，在荧光屏产 生一条水平扫描线。与此同时，发射电路受触发产生高频 窄脉冲，加至探头，激励压电晶片振动，在工件中产生超 声波。超声波在工件中传播，遇到缺陷或底面发生反射， 返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放 大和检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直 偏转，在水平扫描线的相应位置产生缺陷波和底波。根据 缺陷波位置可确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可 评估缺陷的大小。2.1 超声波检测仪各部分 作用 1.发射电路n发射电路产生几百伏至上千伏的电脉冲， 电脉冲加于发

7、射探头，激励压电晶片振动 ，使之发射超声波。n发射电路中的阻尼电阻决定了电路的阻尼 情况。通常采用改变阻尼电阻的方法改变 发射强度。2.1 超声波检测仪各部分作 用 2.接收放大电路n它将来自探头的电信号进行放大、检波，最 后加至示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏 上显示。n由缺陷回波引起的压电晶片产生的射频电压 非常微弱，通常只有几百微伏到几十毫伏， 而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接 收电路必须具有较大的放大能力（105）。2.1 超声波检测仪各部分作 用n3.扫描电路和同步电路n扫描电路就是产生一个使电子束在水平方向自左 向右做等速的电压。n调节扫描电路的旋钮有：测量范围（深度粗调、

8、深度微调）、扫描延迟（水平）n同步电路又称触发电路，它每秒产生数十至数千 个脉冲，用来触发探伤仪其它电路，使之协调工 作。n4.显示电路n显示电路主要由示波管及外围电路组成。n示波管用来显示探伤图形，示波管由电子枪、偏 转系统和荧光屏等三个部分组成。2.1 超声波检测仪各部分 作用n5.电源电路n6.辅助电路nDAC电路n采用电子学的方法对由于声束扩展和材料 衰减造成的降低进行补偿，使同样的缺陷 虽处于不同深度但其回波具有大致相同的 高度。n闸门电路2.1 超声波检测仪仪器主要 开关旋钮的作用及其调整n1）工作方式选择旋钮 选择检测方式，单探、双探 开关处于双探时，为双探头一发一收状态， 可用

9、双晶探头检测或两个单探头检测。 开关处于单探时，为单探头自发自收状态， 发射插座和接收插座内部连通。 单探头方式有两个位置，一个为中等强度档 ，旋钮处于该位置时，发射强度不变，另 一个位置发射强度是可变的。仪器主要开关旋钮的作用及其 调整n2）发射强度旋钮改变仪器发射脉冲功率，从而改 变仪器的发射强度，增大发射强度， 可提高仪器的灵敏度，但脉冲变宽， 分辨力变差，因此在检测灵敏度能满 足要求的情况下，发射强度应尽量置 于较低的位置。仪器主要开关旋钮的作用及其调 整n3）衰减器 衰减器的作用是调节检测灵敏度和测量回波 振幅。 粗调和细调 粗调每档10dB或20dB，细调每档2dB、1dB 或0.

10、5dBn4）增益改变接收放大器的放大倍数，进而连续改 变检测仪的灵敏度。可将反射波高度精确地 调至任意高度，仪器灵敏度确定后检测过程 中一般不再调整增益旋钮。仪器主要开关旋钮的作用及其 调整n5）抑制旋钮抑制杂波，使荧光屏显示的波形清晰 ，但仪器的垂直线性和动态范围将被 改变，抑制作用越大，仪器垂直线性 越差，动态范围越小，造成定量不准 ，容易漏掉小缺陷，一般不使用。仪器主要开关旋钮的作用及其 调整n6）深度范围旋钮也称深度粗调，作用粗调扫描线所代 表的检测范围，调节深度粗调，可较 大幅度地改变时间扫描线的扫描速度 ，从而使荧光屏上回波间距大幅度地 压缩或扩展。粗调一般分为若干档， 检测时按照

11、被探工件的厚度选择合适 的档位。仪器主要开关旋钮的作用及其 调整n7）深度细调旋钮精确调整检测范围，可连续改变扫描 线的扫描速度，从而使荧光屏上的回波 间距在一定范围内连续变化。调整检测范围时，先将深度粗调置 于合适的档，然后调节细调旋钮，使反 射波的间距与反射体的距离成一定比例 。仪器主要开关旋钮的作用及其 调整 n8）延迟旋钮用于调节开始发射脉冲时刻与开始扫描 时刻之间的时间差，使扫描线的回波位置 大幅度左右移动，而不改变回波间距。调节检测范围时，用延迟旋钮进行零位 校准，即深度粗调和细调调节好回波间距 后，再用延迟旋钮将反射波调至正确位置 ，使声程原点与水平刻度的零点重合。 例如横波检测

12、、水浸探伤仪器主要开关旋钮的作用及其 调整 n9）聚焦：使荧光屏显示的波形清晰n10）频率选择宽频带检测仪的放大器频率 范围宽，覆盖了整个检测所需的 频率范围，检测仪面板上没有频 率选择旋钮，由探头检测频率决 定。仪器主要开关旋钮的作用及其调 整n11）重复频率旋钮改变发射电路每秒发射脉冲的次数。 重复频率低时，荧光屏图形较暗，重 复频率高时，图形较亮。重复频率要 根据工件的厚度进行调节，厚度大， 应使用较低的重复频率，厚度小，可 使用较高的重复频率，但重复频率过 高时，易出现幻象波。有的仪器重复 频率与深度范围联动。数字式超声波探伤仪n数字式探伤仪与模拟探伤仪从探伤能力上 讲两者相等，但数字

13、机功能较多，能进行 存贮（存贮工艺、存贮记录、存贮波形等 ）、自检自校（性能的校验，如垂直线性 、水平线性等指标）、回放、打印、距离 补偿等功能，使用方便。注意几点n从分辨力上讲模拟机有时比数字机要强， 从性能上讲没有比模拟机改进多少。n测探头的频率、分辨力等指标时，还是用 模拟机，若用数字机测试与模拟机测试不 符，应以模拟机为准，（尤其是测分辨力 ，用模拟机在压缩波形距离时波形不会重 合，但数字机会重合）模拟机是连续显示 而数字机是间断的，按等分点来显示，每 一点代表一定的长度。n在用数字机测分辨力时，应尽量拉开，对 波形拉得很开与压的很紧时，其分辨力测 量结果是不同的。n定位的精度不变，因

14、为数字机读数是机子 内部设定的，与显示不完全一致，当三个 波形显示时重叠，但在机内读数并不重合 ，水平线性对定位影响较小，定位的精度 还与采样频率等有关，而模拟机的定位只 与水平线性有关。数字式超声波探伤仪n全数字式超声波探伤仪的发展过程受到电 子技术发展的约束，例如波形数字化速率 这个指标从理论上讲应高于带宽5-10倍， 也就是说如要保证5-10MHz超声频率工作 的探伤仪，要求有50-100MHz的数字化采 样频率。数字式超声波探伤仪n由于数字化超声波探伤仪能记忆探伤工艺 条件，并且有微机程序控制的判伤机理， 因此对于大量类似工件的超声探伤工作， 数字式超声波探伤仪能够形成一定的探伤 工艺

15、方法，采用专门电路使超声探伤操作 和仪器校准过程非常简单严格，大大降低 操作失误等人为因素引起的探伤结果失误 ；同时也能将行业中丰富的探伤经验和方 法等经过总结、开发，体现在智能化仪器 之中，得以推广和使用，由此形成各种行 业专业化的数字式超声波探伤仪。数字式超声波探伤仪n对于大批量、大尺寸工件探伤的行业，超 声探伤的自动化是发展的方向。在有的领 域必须采用自动化探伤才能确保产品的质 量控制。如铁路行业所应用的车轴超声波 自动探伤机、车辆轮对超声波自动探伤机 等。2.2 超声波探头 一、 超声波探头的作用。 超声波探头用于实现声能和电 能的互相转换。它是利用压电晶 体的正、逆压电效应进行换能的

16、 。探头是组成检测系统的最重要 的组件，其性能的好坏直接影响 超声检测的效果。 1、压电效应n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 效应统称为压电效应。n超声波探头中的压电晶片具有压电效应， 当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压 电效应，将电能转换为声能，探头发射超 声波。当探头接收超声波时，发生正压电 效应，将声能转换为电能。2、压电材料n具有压电效应的材料称为压电材料。n压电材料分为单晶材料和多晶材料，常用 的单晶材料有石英、硫酸锂、铌酸锂等。 常用的多晶材料有钛酸钡、锆钛酸铅、钛 酸铅等，多晶材料又称压电陶瓷。n单晶材料接收灵敏度，多晶材料发射灵敏 度高。3、压电材料的主要性能参数n压电应变常数：表示在压电晶体上施加 单位电压时所产生的应变大小。 其值大，发射性能好，发射灵敏度高。n压电电压常数：表示作用在压电晶体上 单位应力所产生的电压梯度大小。其值 大，接收性能好，接收灵敏度高。n介电常数：超