超声检测设备与器材推选.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,超声检测设备与器材,前言,超声波检测设备与器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫描装置等,。,超声波检测仪和探头是超声波检测的关键设备，其性能的好坏影响超声波检测的检测灵敏度和定位定量精度。,超声波检测试块和耦合剂是超声波检测的重要器材，试块类型和反射体的性质对超声波检测灵敏度和缺陷评定具有重要意义，耦合剂的类型和性能对超声波检测灵敏度和缺陷评定也有重要影响。,第一节 超声检测仪,一,、,超声检测仪：超声检测仪是超声检测的主体设备，其作用是：,1、,产生电振荡并施加于换能器（探头）上，激励探头中的压电晶片产生机械振动，从而产生超声波并发射出去；,2、,接收来自探头的电信号，并将其放大后以一定方式显示出来。,二、超声波检测仪的分类,（,一）、按超声波的连续性可分为：,1、,脉冲波探伤仪：仪器通过向探头的压电晶片周期性地发射一持续时间很短的电脉冲，激励探头中压电晶片发生振动产生超声波，超声波在工件中传播，并在边界上产生反射和折射，探头的压电晶片接收从工件中反射回来的超声波并转变为电信号，仪器对这些电信号进行处理并以一定的方式显示出来，从而根据反射波在工件中的传播时间确定缺陷的位置，根据反射波的幅度判断缺陷的大小。,2、,连续波探伤仪：仪器通过探头向工件中发射连续且频率不变或在小范围内周期性变化的超声波，根据透过工件的超声波强度变化判断工件中有无缺陷和缺陷大小。,3、,调频波探伤仪：仪器通过探头向工件中发射连续的频率周期性变化的超声波，根据发射波与反射波的差频变化情况判断工件中有无缺陷。,因连续波探伤仪灵敏度低且不能确定缺陷位置，调频波探伤仪只适宜检测与探测面平行的缺陷，在无损检测领域内已被淘汰，无损检测领域内应用最广的是脉冲波探伤仪，由于是根据反射波对缺陷进行评定，所以也叫脉冲反射式超声波探伤仪,脉冲反射式超声波检测仪：检测仪中的脉冲振荡电路产生一个周期性的持续时间很短的电脉冲，这一周期性的电脉冲通过电线施加在探头中的压电晶片上，激励压电晶片产生机械振动，从而产生超声波，超声波通过特定的媒介传入被检工件并在工件中传播，超声波在工件中传播过程中，遇到边界会产生反射和折射，压电晶片接收到从工件中反射回来的超声波，将机械能转化为电脉冲信号，通过检波和放大并以一定方式显示出来，从而根据反射波在工件中的传播时间确定缺陷的位置，根据反射波的幅度判断缺陷的大小。,（二）按缺陷显示方式可分为：,1、A,型显示探伤仪：,A,型显示是一种波型显示，探伤仪荧光屏的横坐标代表声波的传播时间（如果超声波在均匀介质中传播，则声速是恒定的，则传播时间可以转变为传播距离），纵坐标代表反射波的幅度，由反射波的位置可以确定缺陷的位置，反射波的幅度可以估算缺陷的大小。,如图,3110（a）,2、,B,型显示探伤仪：,B,型显示是一种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标是靠机械扫描来代表探头的扫查轨迹，纵坐标是靠电子扫描来代表声波的传播时间或距离，因而可以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。如图,3、C,型显示探伤仪：,C,型显示也是一,种图象显示，探伤仪荧光屏的横坐标和,纵坐标都是靠机械扫描来代表探头在工,件表面的位置，探头接收信号幅度以光,点辉度表示，因而探头的工件表面移动,时，荧光屏上便显示出工件内部缺陷的,平面图象，但不能显示缺陷的深度。,如图,目前，广泛使用的是,A,型显示脉冲反射式超声波探伤仪。下面就来研究这种型号的探伤仪,三、超声波探伤仪,（一）超声波探伤仪的工作原理,同步电路产生的触发脉冲同时加至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上，使电子束发生水平偏转，在荧光屏上产生一条水平扫描线。同时，发射电路受触发产生高频脉冲，施加至探头，激励压电晶片振动，产生超声波，超声波通过透声介质（偶合剂）进入被检工件，超声波在工件中传播，遇到边界（缺陷或底面）产生反射，返回到探头，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路放大和检波，加到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上产生缺陷回波和底波。,如图,（二）仪器的主要组成及作用,A,型脉冲反射式超声波探伤仪主要由同步电路、扫描电路、发射电路、接收放大电路、显示电路和电源电路等组成。,1、,同步电路：同步电路也叫触发电路，其作用是产生周期性的同步脉冲，作为发射电路、扫描电路和其它辅助电路的触发脉冲，使各电路在时间上协调一致地工作，是探伤仪工作的指挥中心。,每秒钟发射同步脉冲的次数称为重复频率,，重复频率决定了仪器每秒钟向被检工作内发射超声波的次数。重复频率高，采样数据快，漏检率低。重复频率高，脉冲间隔时间短，使未经过充分衰减的多次反射进入下一周期形成所谓的,“,幻象波,”，,造成缺陷误判。所以，,重复频率不是越高越好。,2、,扫描电路：扫描电路又称时基电路，其作用是产生锯齿波电压，加至示波管水平偏转板上，使示波管荧光屏上的光点沿水平方向从左到右作匀速移动，产生一条水平扫描时基线，改变扫描速度，即可改变显示在屏幕上的时间或距离范围（超声波传播的声程范围）,3、,发射电路：发射电路是一个电脉冲信号发生器，可以产生,100-400V,的高压电脉冲，施加到探头的压电晶片上，激励压电晶片发生振动，从而产生超声波。掌握以下二个概念：,发射脉冲频带越宽，发射脉冲越窄，分辨率越好,。,脉冲电压越高，脉冲越宽，则发射能量越大，穿透力就越大，盲区也越大，深度分辨率越差。,4、,接收电路：超声信号经压电晶片转换后得到的微弱电脉冲，被输入到接收电路，接收电路对其进行放大、检波、使其能在显示屏上得到足够的显示。,接收电路通常由衰减器、高频放大器、检波器和视频放大器等组成。接收电路的性能对超声波检测仪器性能影响极大，它直接影响到检测仪的垂直线性、动态范围、检测灵敏度、分辨力等重要技术指标。,垂直线性：垂直线性是指输入到超声检测仪接收电路的信号幅度与其在超声检测仪显示器上所显示的幅度成比例的程度。,动态范围：动态范围是指在增益不变的情况下，超声检测仪可运用的一段信号幅度范围，在此范围内信号不过载或畸变，也不至过小而难以观测。,检测灵敏度：检测灵敏度是指超声检测系统（仪器和探头组合）发现最小缺陷的能力。,分辨力：超声检测系统分辨出相邻两个缺陷的最小距离。,四、仪器旋钮（按键）的作用及调整,仪器主要旋钮（按键）,如图,3113,1、,发射强度旋钮（数字机没有对应的按键）：其作用是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，发发射强度旋钮应尽量放在较低的位置,。,2、,衰减器旋钮：衰减器的作用是调节检测灵敏度和测量回波振幅，调节灵敏度时，衰减器读数大，灵敏度低，读数小，灵敏度高。测量回波幅度时，衰减器读数大，回波幅度高，读数小，回波幅度低。,3、,增益旋钮：其作用是改变接收放大器的放大倍数，进而连续改变检测灵敏度。在对模拟机进行调节时，当反射波高调整到某一指定高度后，后续的调节和检测过程中，都不能再调节增益旋钮。,衰减器旋钮和增益旋钮在数字机中对应的都是增益按键,模拟超声检测仪,数字超声仪,4、,抑制旋钮：抑制的作用是抑制荧光屏上幅度较低或认为不必要的杂乱反射信号，使之不予显示，从而使荧光屏显示的波形清晰。,注意：使用抑制时，仪器的垂直线性和动态范围均会下降，抑制作用越大，仪器动态范围越小，从而在实际检测中容易漏掉小的缺陷。因此，除非十分必要，一般不使用抑制。,5,、深度范围旋钮：也叫深度粗调旋钮，其作用是粗调荧光屏扫描线所代表的检测范围。调节此旋钮，可大幅度地改变扫描速度，从而使荧光屏上回波间距在幅度地压缩或扩展。,6、,深度细调旋钮：其作用是精确调整检测范围。调节此旋钮，可连续,改变扫描速度，从而使荧光屏上回波间距在一定范围内连续变化。调节此旋钮的目的是使荧光屏扫描线的反射波间距与反射体的间距成一定比例。,深度范围旋钮和深度细调旋钮在数字机上对应的是“范围”键,第二节 探头,探头是超声检测系统的重要器件，其性能的好坏直接影响超声检测质量，主要影响超声检测的灵敏度、分辨率、信噪比和定位定量精度。,把以换能器为主要元件组装成具有超声波发射和接收特性的器件，称为探头。,凡能把电能或其它形式的能转变为超声能，同时又能把超声波能转变为电能或其它形式的能的元件，称为换能器。,换能器的关键部件是具有压电效应的压电晶片,，,一、压电效应与压电材料,1、,某些晶体材料在交变应力的作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应，反之，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,。,2、,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（机械能），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。因此，常把探头也叫换能器。,二、压电材料的主要性能参数,具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料分为单晶材料的多晶材料，常用的单晶材料有石英（,S,i,O,2,）硫酸锂（,L,i,SO,4,）、铌酸锂（,L,i,N,b,O,3,）；常用多晶材料有钛酸钡,(B,a,T,i,O,3,),、锆钛酸铅（,P,b,Z,r,T,i,O,3,）钛酸铅（,P,b,T,i,O,3,）。,1、,压电应变常数,d,33,：表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。,d,33,=t/U （m/V）,U-,施加在压电晶片上的电压，,t-,在厚度方向的变形量。,压电应变常数,D,33,值越大，发射性能越好（发射强度越大），发射灵敏度越高。,2、,压电电压常数,g,33,：表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小。,g,33,=U,p,/P （Vm/N）,P-,施加在压电晶片两面的应力，,U,p,晶片表面产生的电压梯度，即电压,U,与晶片厚度,t,之比。,压电电压常数,g,33,值越大，接收性能越好，接收灵敏度越高。,3、,介电常,=Ct/A,C,电容器电容，,t,电容器极板的距离；,A-,电容器极板面积。,超声波检测用的压电晶体（,t,和,A,一定），频率一般要求比较高，此时,应小些，因为,小，,C,就小，电容器充放电时间短，频率高。,4、,机电偶合系数,K：,机电偶合系数表示压电材料机械能（声能）与电能之间的转换效率。,K=,转换的能量,/,输入的能量,正压电效应：,K=,转换的电能,/,输入的声能；,逆压电效应：,K=,转换的声能,/,输入的电能；,探头晶片振动时，同时产生厚度方向和径向二个方向的伸缩变形，因此机械偶合系数分为厚度方向的机械偶合系数,K,t,和径向机械偶合系数,K,P,。K,t,大，检测灵敏度高，,K,P,大，低频谐振波增多，发射脉冲变宽。,接收电路的性能对超声波检测仪器性能影响极大，它直接影响到检测仪的垂直线性、动态范围、检测灵敏度、分辨力等重要技术指标。,7）调整横波检测范围和扫描速度，利用R50和R100反射体。,按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体或模拟缺陷的试样，称为试块。,3、水平线性：水平线性又称时基线性，或叫扫描线性，是指输入到超声检测仪中的不同回波的时间间隔与超声检测仪显示屏时基线上回波的间隔成正比关系的程度。,二是对晶片起保护作用。,利用试块的直角棱边测。,JB/T4730-2005标准规定，垂直线性误差不大于5%。,的折射角，由斜楔的角度决定。,4）计算水平线性误差：=（|amax,因此，在检测灵敏度能满足要求的情况下，发发射强度旋钮应尽量放在较低的位置。,要求对比试块要与被检工件材料声学特性相似，外形结构应能代表被检工件的特性，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。,因此，常把探头也叫换能器。,H=F-LC3/C2,常用多晶材料有钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅（PbZrTiO3）钛酸铅（PbTiO3）。,d33=t/U （m/V）,Kt大，检测灵敏度高，KP大，低频谐振波增多，发射脉冲变宽。,双晶探头为圆形的，用分隔前的直径表示，两个矩形晶片长宽2表示。,5、,机械品质因子,m,机械品质因子,m,表示压电晶片在谐振时储存的机械能,E,储,与一个周期内损耗的能量,E,损,之比。,m=E,储,/E,损,压电晶片振动损耗的能量主要是由内磨擦引起的，,m,对分辨力有较大影响，,m,大，损耗小，晶片振动持续时间长，脉冲宽度大，分辨力低，反之，,m,小，表示损耗大，脉冲宽度小，分辨力高。,6、,频率常数,N,N,t,=tf,0,=C,L,/2,t,晶片厚度；,f,0,晶片固有谐振频率，,C,L,晶片中纵波波速。,压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数，这个常数叫做压电晶片的频率常数。由上式可知，制作高频探头时，晶片厚度较小，制作低频探头时，晶片厚度较大。,发射超声波的频率主要取决于晶片的厚度和晶片中的声速。,7、,居里温度,T,C,压电材料的压电效应与温度有关，它只能在一定温度内产生，超过一定温度，压电效应就会消失。,使压电材料压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度。,综上所述，为了使超声波探头具有所要求的性能，,超声波探头对晶片的一般要求是：,机电耦合系数,K,较大，以获得较高的转换效率；,机械品质因子,m,较小，以获得较高的分辨力和较小盲区；,压电应变常数,d,33,和压电电压常数,g,33,较大，以获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度。,频率常数,N,较大，介电常数,较小，以获得较高的频率。,居里温度,T,C,较高，声阻抗,Z,适当。,三,、,探头的结构,超声波探头一般由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和外壳组成,。,如图,。,它们的作用是：,1、,压电晶片的作用是发射和接收超声波，实现电声能转换。,2、,阻尼块的作用一是对压电晶片的振动起阻尼作用，从而减小脉冲宽度，提高分辨力，二是吸收晶片向背面发射的超声波，三是对晶片起支承作用。,3、,保护膜的作用是保护压电晶片，不致磨损或损坏,4、,斜楔是斜探头中为了使超声波倾斜入射到检测面而装在晶片前面的楔块。其作用一是保证晶片发射的超声波按设定的倾斜角倾斜入射到斜楔与工件的界面上，从而产生波型转换，以便在工件内形成特定波型和角度的声束。二是对晶片起保护作用。,四、探头的种类,按波型不同可分为：纵波探头、横波探头、表面波探头、板波探头等,按耦合方式可分为：接触式探头和液浸探头；,按波束形状可分为聚焦探头和非聚焦探头；,按晶片数不同可分为单晶探头和双晶探头,。,1、,直探头：直探头用于发射和接收纵波，所以也叫纵波探头。其主要参数是频率和晶片直径。直探头主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷。用于对板材、锻件等工件的检测。,2、,斜探头：可分为纵波斜探头、横波斜探头、表面波探头、兰姆波探头和可变角探头。用得最多的是横波斜探头（,a,a,L,a,）。斜探头的主要参数是频率、晶片尺寸、,K,值或角度、入射点（前沿长度）等，主要用于检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷。用于对焊缝、汽轮机叶轮等工件的检测,。,3、,双晶探头（分割探头）：双晶探头有两块压电晶片，一块用于发射超声波，一块用于接收超声波,中间夹有隔声层。发射晶片用发射灵敏度高的压电材料制成，接收晶片用接收灵敏度高的压电晶片制成，这样，探头发射和接收灵敏度都高。双晶探头的主要参数为频率、晶片尺寸和声束汇集区的范围。,双晶探头的优点：,灵敏度高,杂波少盲区小,工件中近场区长度小,检测范围可调,由于双晶探头的上特点，,双晶探头主要用于检测近表面缺陷和已知缺陷的定点测量，,主要用于对较薄工作的纵波检测。如,JB/T4730,标准规定，板厚为,6,20mm,的板材超声检测，应先用,5MHz,的双晶直探头。,聚焦探头：聚焦探头是利用超声波在介面上产生折射的原理，使探头发现的超声波束在工件的某处聚集的一种探头。根据聚焦方式不同，可分为点聚焦和线聚焦。点聚焦的理想焦点为一个点，其声透镜为球面，线聚焦的理想焦点为一条线，其声透镜为柱面。,聚焦探头的主要参数是频率、晶片尺寸和焦距。,聚焦探头可分为接触式聚焦探头和水浸聚焦探头。,水浸聚焦探头的焦距,F,与声透镜的曲率半径,r,的关系为：,F=C,1,r/,（,C,1,-C,2,）,=nr/,（,n-1,）,聚焦探头检测工件时，实际焦距会变小,F=F-L,（,C,3,/C,2,-1,）,水层厚度为：,H=F-LC,3/,C,2,式中：,n=C,1,/C,2,，,C,1,、,C,2,、,C,3,分别为声透镜、,水、工件中声速。,L,为焦点至工作表面的距离。,五、探头型号,探头型号表示方法一般由基本频率、晶片材料、晶片尺寸、探头种类、探头特征五个部分组成，其排列顺序如下：,基本频率晶片材料晶片尺寸探头种类探头特征,1、,基本频率：用阿拉伯数字表示，单位为,MHz；,2、,晶片材料：用化学元素缩写符号表示；,3、,晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位为,mm，,其中圆晶片用直径表示；矩形晶片用长,宽表示；双晶探头为圆形的，用分隔前的直径表示，两个矩形晶片长,宽,2,表示。,压电晶片材料,代号,压电晶片材料,代号,锆钛酸铅陶瓷,P,钛酸钡陶瓷,B,钛酸铅陶瓷,T,铌酸锂单晶,L,碘酸锂单晶,I,石英单晶,Q,其它压电材料,N,4、,探头种类：用汉语拼音字母表示，直探头可以不标。,5、,探头特征：斜探头钢中折射角正切值（,K,值）用阿拉伯数字表示。钢中折射角用阿拉伯数字表示，单位为,“”。,双晶探头钢中声束汇集区深度用阿拉伯数字表示，单位为,mm，,水浸聚焦探头水中焦距用阿拉伯数字表示，单位为,mm，DJ,表示点聚焦，,XJ,表示线聚焦。,如表示基本频率为,2.5MHz,晶片材料为锆钛酸铅陶瓷，晶片尺寸为,13X13，K,值为,2,的斜探头。,表示基本频率为,2.5MHz,晶片材料为钛酸铅陶瓷，晶片尺寸,20mm,圆晶片的直探头。,5T20FG10Z，5I14SJ10DJ,探头种类,代号,探头种类,代号,直探头,Z,水浸聚焦探头,SJ,斜探头（用,K,值表示）,K,表面波探头,BM,斜探头（用折射角表示）,X,可变角探头,KB,分隔探头,FG,第三节 耦合剂,超声耦合是指超声波在检测面上的声强透射率。声强透射率高，超声耦合好。为改善探头与工件间声能的传递，而加在探头和检测面之间的液体薄层称为耦合剂。,加耦合剂是因为探头与工件之间有一层空气，由超声波的物理知识可知，超声波在空气界面上几乎全反射，即使很薄的空气也会阻止超声波传入工件。因此，在探头与工件之间施加耦合剂，以排除探头与工件间的空气间隙，使超声波能够传入工件，从工件中反射回的超声波也能返回到探头，这是施加耦合剂的主要目的。此外，耦合剂还有润滑作用，减少探头磨损,常用的耦合剂有水、甘油、水玻璃、机油、变压机油、浆糊等。,一般要求耦合剂应满足以下要求：,1、,能润湿工件和探头表面，流动性好，粘度和附着力适当，不难清洗。,2、,声阻抗高，透声性能好。,3、,来源广，价格便宜。,4、,对工件无腐蚀，对人体无害，不污染环境。,5、,性能稳定、不易变质，能较长时间保存。,第四节 试块,按一定用途设计制作的具有简单几何形状人工反射体或模拟缺陷的试样，称为试块,。,一、试块的分类,超声检测用试块通常分为标准试块、对比试块和模拟试块三大类,1、,标准试块：标准试块是指由权威机构制定的，,其特性和制作要求有专门标准规定，标准试块具有规定的材质、形状、尺寸和表面状态。,如,W,试块、,CB、CB、CS、CS、CS、CSK-A、CSK-A、CSK-A、CSK-A,等。,标准试块的作用是用于仪器和探头系统性能测试校准和检测校准,标准试块的基本要求是：材质均匀、杂质少、无影响使用的缺陷、易加工、不易变形和锈蚀、具有良好的声学性能。试块的平行度、垂直度、粗糙度和尺寸精度要符合相应标准的要求。要用平炉镇静钢和电炉软钢制作，表面粗糙度一般不低于，尺寸公差。,2、,对比试块：对比试块是以特定方法检测特定工件时采用的试块，含有意义明确的人工反射体。要求对比试块要与被检工件材料声学特性相似，外形结构应能代表被检工件的特性，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。,对比试块主要用于检测校准及评估缺陷的当量尺寸。如无缝钢管横波检测对比试块，水晶釜纵向缺陷超声波检测对比试块等。,3、,模拟试块：模拟试块是含有模拟缺陷的试块，可以是模拟工件中实际缺陷而制作的样件，也可以是检测中所发现的含自然缺陷的样件。,模拟试块主要用于检测方法的研究、检测人员的资格考核和评定、评价和验证仪器探头系统的检测能力及检测工艺等。,4、,人工反射体：为检测某一类型的缺陷，人为在试件中加工的具有与检测缺陷特征相近的规则反射体，称为人工反射体。,常用的规则反射体主要有：长横孔、短横孔、横通孔、平底孔、,V,型槽、矩形槽、线切割槽等,横通孔和长横孔具有轴对称性，反射波幅比较稳定，有线性缺陷的特征，适用于各种,K,值探头。可作为有一定长度的裂纹、未焊透、未熔合和条状缺陷的人工反射体。通常用于对焊接接头、堆焊层的超声检测。,短横孔在近场区表现为线状反射体特征，在远场区表现为点状反射体特征。主要用于对焊接接头的检测，适用于各种,K,值探头。,平底孔一般具有点状面积型反射体的特点，主要用于锻件、钢板、焊接接头、复合板、堆焊层的超声检测。,V,型槽和线切割槽具有表面开口的线性缺陷的特点，适用于钢板、钢管、锻件等的横波检测。,二、试块的结构与作用举例,1、CSK-A,标准试块：,CSK-A,的结构和尺寸如图所示,CSK-A,的作用：,1）,调整纵波检测范围和扫描速度，用,25,和,100,反射体。,2）,校准仪器的水平线性、垂直线性和动态范围。用,25mm,或,100mm,反射体,3）,测定直探头和仪器组合的远程分辨力。利用,85、91、100mm,反射体。,4）,测量斜探头的入射点，用,R100,反射体。,5,）测量斜探头的,K,值或折射角。,6）,测量斜探头和仪器的组合灵敏度余量。利用,R100,或反射体。,7）,调整横波检测范围和扫描速度，利用,R50,和,R100,反射体。,8）,测定斜探头声束轴线的偏离。利用试块的直角棱边测。,9）,测量横波斜探头的分辨力。利用,50、44、40,台阶孔。,2、CSK-A,标准试块,CSK-A,标准试块的结构和尺寸如图。,CSK-A,标准试块的用途,1）,用于测量斜探头的,K,值或折射角,2）,用于制作斜探头的距离,波幅曲线。,3）,调整横波斜探头的扫描速度。,4、,用于调整检测灵敏度。,第五节 仪器和探头的性能及其测试,仪器和探头的性能包括仪器的性能、探头的性能、仪器与探头的组合性能。,对一个检测人员来说，不仅要了解这些性能，还要能对这些性能指标进行测试，以便定期对仪器和探头的性能进行测试和校验，确保检测结果的准确性。,一、仪器主要性能指标,超声仪的性能我们主要关注以下性能指标：,1、,垂直线性：垂直线性是指输入到超声检测仪接收电路的信号幅度与其在超声检测仪显示器上所显示的幅度成正比的关系程度。垂直线性影响缺陷当量的评定结果。,2、,动态范围：动态范围是在增益不变的情况下，超声检测仪可运用的一段信号幅度范围，在此范围内信号不过载或畸变，也不至于过小而难以观察。动态范围通常是用满足上述条件的最大输入信号与最小输入信号之比的分贝值表示。,3、,水平线性：水平线性又称时基线性，或叫扫描线性，是指输入到超声检测仪中的不同回波的时间间隔与超声检测仪显示屏时基线上回波的间隔成正比关系的程度。水平线性影响缺陷位置的准确度,。,二、探头的性能,探头的性能指标很多，包括频率响应、相对灵敏度、时间域响应、距离波幅特性、声束扩散性、入射点、折射角、,声轴偏斜角,和,双峰,。注要关注以下几项性能指标：,1、,探头入射点：,入射点是指斜探头斜楔中纵波声轴入射到探头底面的交点,，通常用前沿长度表示。如图,L0,2、,折射角：,折射角是超声波在工件中横波的折射角,。,由斜楔的角度和超声波在工件,中的传播速度决定。探头中折,射角的标称值是是指钢中横波,的折射角，由斜楔的角度决定。,K,值是折射角的正切值，即：,K=tg=L/H,入射点、折射角或,K,值都是特有的斜探头的指标。,3、,声轴偏斜角是指声束轴线与探头的几何轴线偏斜的程度。影响定位精度。,4、,双峰是指声束轴线沿横向移动时，同一反射体产生两个波峰的现象。影响定位精度和定量精度。,三、仪器和探头的组合性能,仪器和探头的组合性能主要是指灵敏度（或灵敏度余量）、分分辨力、信噪比,1、,灵敏度是指仪器和探头组合后的整个检测系统发现最小缺陷的能力。发现的缺陷越小，灵敏度就越高。,超声波检测系统的灵敏度常用灵敏度余量来表示。灵敏度余量是指仪器最大输出时（增益、发射强度最大，衰减和抑制为零时），使规定反射体回波达到基准高，所需衰减的衰减总量。灵敏度余量大，说明系统的灵敏度高。灵敏度余量与仪器和探头的综合性能有关，因此，又称仪器和探头的综合灵敏度。,2、,分辨力：分辨力是指能够对一定大小的两个相邻反射体提供可分离指示时两者的最小距离。,3、,信噪比：信噪比是指示波屏上有用的最小缺陷信号幅度与无用的最大噪声幅度之比。信噪比小，噪声会掩没幅度较小的缺陷信号，从而引起误判可漏检。,四、几种仪器、探头及其组合性能测试方法,1、,垂直线性,通常我们采用规定反射体如大平底产生的回波，用仪器上的衰减器改变屏幕上显示的回波高度，以测得的回波高度值与相应衰减量对应的理论波高的最大差值作为仪器的垂直线性误差。,JB/T4730-2005,标准规定，垂直线性误差不大于,5%。,其测量步骤是：,1）,抑制调至,“0”，,衰减保留至少,30dB,的余量；,2）,直探头对准某一大平底如对准,IA,标准试块的底面，并保持恒定压力。,3）,将屏幕上某次波调到屏幕的中间，调节衰减器和增益，使其达到满幅度的,100%,但不饱和。作为,“0”dB。,4）,固定增益和其它旋钮，调衰减器，每次衰减,2dB，,并记下相应的波高,Hi，,直到底波消失。,5）,算出每次衰减后的,实测相对波高,%=（H,i,/H,0,）100%。,算出每次衰减后对应的理想相对波高和实测相对波高的差值,d,i,。,6）,计算垂直线性误差,D,D=（|d,1,|+|d,2,|）,D,1,-,理想相对波高和实测相对波高的正偏差,D,2,-,理想相对波高和实测相对波高的负偏差,D,即为该仪器的垂直线性误差。,2、,水平线性误差,水平线性误差可用表面光滑、厚度适当、并具有两个相互平行的大平底试块如,IA,试块，用纵波直探头获得多次反射回波，并将规定次数的两个回波调整到与两端的规定刻度线对齐，之后观察其它反射回波位置与水平刻度线相重合的程度。,JB/T4730-2005,标准规定，水平线性误差不大于,1%。,测试步骤如下：,1）,将直探头对准,IA,试块,25mm,的大平底，,2）,调微调、水平旋钮（数字机调范围和零偏按键），使屏幕上出现,5,次底波,B,1,到,B,5,，,并使,B1,对准水平刻度，,B5,对准水平刻度,10.0。,3）,观察并记录,B,2,、B,3,、B,4,与水平刻度值的偏差值,a,2,、a,3,、a,4,。,4）,计算水平线性误差,：,=（|a,max,式中：,|,amax|-a,2,、a,3,、a,4,中的最大值；,b-,示波屏水平满刻度值。,3、,动态范围：,抵制调到,“0”，,将直探头对准某一反射体，调节衰减器和增益旋钮（,数字机调哪个键？,），使回波高度达到示波屏满刻度的,100%，,调衰减器旋钮（,数字机调哪个键？,），使回波幅度,100%,降至刚能辨认的最小值时，该调节量即为该仪器的动态范围。,JB/T10061-1999,标准规定，仪器的动态范围不小于,25dB。,4、,斜探头入射点,用,IA,试块,R10,反射体测量。如图,5、K,值，用,IA,试块的,50,反射体和反射体,，,用,A,的,16,反射体均可测量,.,其余性能指标，也很重要，大家能过自学，要学会测试，特别是声轴偏移、双峰、分辨力、灵敏度余量等指标。,2、压电电压常数g33：表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小。,要用平炉镇静钢和电炉软钢制作，表面粗糙度一般不低于，尺寸公差。,主要用于对焊接接头的检测，适用于各种K值探头。,JB/T4730-2005标准规定，水平线性误差不大于1%。,件表面的位置，探头接收信号幅度以光,1）调整纵波检测范围和扫描速度，用25和100反射体。,抵制调到“0”，将直探头对准某一反射体，调节衰减器和增益旋钮（数字机调哪个键？），使回波高度达到示波屏满刻度的100%，调衰减器旋钮（数字机调哪个键？），使回波幅度100%降至刚能辨认的最小值时，该调节量即为该仪器的动态范围。,1、压电晶片的作用是发射和接收超声波，实现电声能转换。,衰减器旋钮和增益旋钮在数字机中对应的都是增益按键,6、深度细调旋钮：其作用是精确调整检测范围。,2）调微调、水平旋钮（数字机调范围和零偏按键），使屏幕上出现5次底波B1到B5，并使B1对准水平刻度，B5对准水平刻度10.,压电应变常数d33和压电电压常数g33较大，以获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度。,精品课件,！,精品课件,！,谢谢大家！,感谢观看,