超聲檢測(cè)設(shè)備與器材

超聲檢測(cè)設(shè)備與器材第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五前言超聲波檢測(cè)設(shè)備與器材包括超聲波檢測(cè)儀、探頭、試塊、耦合劑和機(jī)械掃描裝置等。超聲波檢測(cè)儀和探頭是超聲波檢測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞影響超聲波檢測(cè)的檢測(cè)靈敏度和定位定量精度。超聲波檢測(cè)試塊和耦合劑是超聲波檢測(cè)的重要器材，試塊類型和反射體的性質(zhì)對(duì)超聲波檢測(cè)靈敏度和缺陷評(píng)定具有重要意義，耦合劑的類型和性能對(duì)超聲波檢測(cè)靈敏度和缺陷評(píng)定也有重要影響。第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)超聲檢測(cè)儀一、超聲檢測(cè)儀：超聲檢測(cè)儀是超聲檢測(cè)的主體設(shè)備，其作用是：1、產(chǎn)生電振蕩并施加于換能器（探頭）上，激勵(lì)探頭中的壓電晶片產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波并發(fā)射出去；2、接收來自探頭的電信號(hào)，并將其放大后以一定方式顯示出來。第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、超聲波檢測(cè)儀的分類（一）、按超聲波的連續(xù)性可分為：1、脈沖波探傷儀：儀器通過向探頭的壓電晶片周期性地發(fā)射一持續(xù)時(shí)間很短的電脈沖，激勵(lì)探頭中壓電晶片發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，超聲波在工件中傳播，并在邊界上產(chǎn)生反射和折射，探頭的壓電晶片接收從工件中反射回來的超聲波并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，儀器對(duì)這些電信號(hào)進(jìn)行處理并以一定的方式顯示出來，從而根據(jù)反射波在工件中的傳播時(shí)間確定缺陷的位置，根據(jù)反射波的幅度判斷缺陷的大小。2、連續(xù)波探傷儀：儀器通過探頭向工件中發(fā)射連續(xù)且頻率不變或在小范圍內(nèi)周期性變化的超聲波，根據(jù)透過工件的超聲波強(qiáng)度變化判斷工件中有無缺陷和缺陷大小。3、調(diào)頻波探傷儀：儀器通過探頭向工件中發(fā)射連續(xù)的頻率周期性變化的超聲波，根據(jù)發(fā)射波與反射波的差頻變化情況判斷工件中有無缺陷。因連續(xù)波探傷儀靈敏度低且不能確定缺陷位置，調(diào)頻波探傷儀只適宜檢測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷，在無損檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)已被淘汰，無損檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣的是脈沖波探傷儀，由于是根據(jù)反射波對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)定，所以也叫脈沖反射式超聲波探傷儀第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五脈沖反射式超聲波檢測(cè)儀：檢測(cè)儀中的脈沖振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)周期性的持續(xù)時(shí)間很短的電脈沖，這一周期性的電脈沖通過電線施加在探頭中的壓電晶片上，激勵(lì)壓電晶片產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，超聲波通過特定的媒介傳入被檢工件并在工件中傳播，超聲波在工件中傳播過程中，遇到邊界會(huì)產(chǎn)生反射和折射，壓電晶片接收到從工件中反射回來的超聲波，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，通過檢波和放大并以一定方式顯示出來，從而根據(jù)反射波在工件中的傳播時(shí)間確定缺陷的位置，根據(jù)反射波的幅度判斷缺陷的大小。第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五（二）按缺陷顯示方式可分為：1、A型顯示探傷儀：A型顯示是一種波型顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時(shí)間（如果超聲波在均勻介質(zhì)中傳播，則聲速是恒定的，則傳播時(shí)間可以轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞑ゾ嚯x），縱坐標(biāo)代表反射波的幅度，由反射波的位置可以確定缺陷的位置，反射波的幅度可以估算缺陷的大小。如圖3110（a）第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五2、B型顯示探傷儀：B型顯示是一種圖象顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標(biāo)是靠機(jī)械掃描來代表探頭的掃查軌跡，縱坐標(biāo)是靠電子掃描來代表聲波的傳播時(shí)間或距離，因而可以直觀地顯示出被探工件任一縱截面上缺陷的分布及缺陷的深度。如圖第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五3、C型顯示探傷儀：C型顯示也是一種圖象顯示，探傷儀熒光屏的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都是靠機(jī)械掃描來代表探頭在工件表面的位置，探頭接收信號(hào)幅度以光點(diǎn)輝度表示，因而探頭的工件表面移動(dòng)時(shí)，熒光屏上便顯示出工件內(nèi)部缺陷的平面圖象，但不能顯示缺陷的深度。如圖目前，廣泛使用的是A型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀。下面就來研究這種型號(hào)的探傷儀第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、超聲波探傷儀（一）超聲波探傷儀的工作原理同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開始工作，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，加至示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，在熒光屏上產(chǎn)生一條水平掃描線。同時(shí)，發(fā)射電路受觸發(fā)產(chǎn)生高頻脈沖，施加至探頭，激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波，超聲波通過透聲介質(zhì)（偶合劑）進(jìn)入被檢工件，超聲波在工件中傳播，遇到邊界（缺陷或底面）產(chǎn)生反射，返回到探頭，又被壓電晶片轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)接收電路放大和檢波，加到示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷回波和底波。如圖第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五（二）儀器的主要組成及作用A型脈沖反射式超聲波探傷儀主要由同步電路、掃描電路、發(fā)射電路、接收放大電路、顯示電路和電源電路等組成。1、同步電路：同步電路也叫觸發(fā)電路，其作用是產(chǎn)生周期性的同步脈沖，作為發(fā)射電路、掃描電路和其它輔助電路的觸發(fā)脈沖，使各電路在時(shí)間上協(xié)調(diào)一致地工作，是探傷儀工作的指揮中心。每秒鐘發(fā)射同步脈沖的次數(shù)稱為重復(fù)頻率，重復(fù)頻率決定了儀器每秒鐘向被檢工作內(nèi)發(fā)射超聲波的次數(shù)。重復(fù)頻率高，采樣數(shù)據(jù)快，漏檢率低。重復(fù)頻率高，脈沖間隔時(shí)間短，使未經(jīng)過充分衰減的多次反射進(jìn)入下一周期形成所謂的“幻象波”，造成缺陷誤判。所以，重復(fù)頻率不是越高越好。第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五2、掃描電路：掃描電路又稱時(shí)基電路，其作用是產(chǎn)生鋸齒波電壓，加至示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使示波管熒光屏上的光點(diǎn)沿水平方向從左到右作勻速移動(dòng)，產(chǎn)生一條水平掃描時(shí)基線，改變掃描速度，即可改變顯示在屏幕上的時(shí)間或距離范圍（超聲波傳播的聲程范圍）3、發(fā)射電路：發(fā)射電路是一個(gè)電脈沖信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生100-400V的高壓電脈沖，施加到探頭的壓電晶片上，激勵(lì)壓電晶片發(fā)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。掌握以下二個(gè)概念：發(fā)射脈沖頻帶越寬，發(fā)射脈沖越窄，分辨率越好。脈沖電壓越高，脈沖越寬，則發(fā)射能量越大，穿透力就越大，盲區(qū)也越大，深度分辨率越差。第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五4、接收電路：超聲信號(hào)經(jīng)壓電晶片轉(zhuǎn)換后得到的微弱電脈沖，被輸入到接收電路，接收電路對(duì)其進(jìn)行放大、檢波、使其能在顯示屏上得到足夠的顯示。接收電路通常由衰減器、高頻放大器、檢波器和視頻放大器等組成。接收電路的性能對(duì)超聲波檢測(cè)儀器性能影響極大，它直接影響到檢測(cè)儀的垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、檢測(cè)靈敏度、分辨力等重要技術(shù)指標(biāo)。垂直線性：垂直線性是指輸入到超聲檢測(cè)儀接收電路的信號(hào)幅度與其在超聲檢測(cè)儀顯示器上所顯示的幅度成比例的程度。動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍是指在增益不變的情況下，超聲檢測(cè)儀可運(yùn)用的一段信號(hào)幅度范圍，在此范圍內(nèi)信號(hào)不過載或畸變，也不至過小而難以觀測(cè)。檢測(cè)靈敏度：檢測(cè)靈敏度是指超聲檢測(cè)系統(tǒng)（儀器和探頭組合）發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。分辨力：超聲檢測(cè)系統(tǒng)分辨出相鄰兩個(gè)缺陷的最小距離。第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五四、儀器旋鈕（按鍵）的作用及調(diào)整儀器主要旋鈕（按鍵）如圖31131、發(fā)射強(qiáng)度旋鈕（數(shù)字機(jī)沒有對(duì)應(yīng)的按鍵）：其作用是改變儀器發(fā)射脈沖功率，從而改變儀器的發(fā)射強(qiáng)度。增大發(fā)射強(qiáng)度，可提高儀器靈敏度，但脈沖變寬，分辨力變差。因此，在檢測(cè)靈敏度能滿足要求的情況下，發(fā)發(fā)射強(qiáng)度旋鈕應(yīng)盡量放在較低的位置。2、衰減器旋鈕：衰減器的作用是調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度和測(cè)量回波振幅，調(diào)節(jié)靈敏度時(shí)，衰減器讀數(shù)大，靈敏度低，讀數(shù)小，靈敏度高。測(cè)量回波幅度時(shí)，衰減器讀數(shù)大，回波幅度高，讀數(shù)小，回波幅度低。3、增益旋鈕：其作用是改變接收放大器的放大倍數(shù)，進(jìn)而連續(xù)改變檢測(cè)靈敏度。在對(duì)模擬機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)反射波高調(diào)整到某一指定高度后，后續(xù)的調(diào)節(jié)和檢測(cè)過程中，都不能再調(diào)節(jié)增益旋鈕。衰減器旋鈕和增益旋鈕在數(shù)字機(jī)中對(duì)應(yīng)的都是增益按鍵第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五模擬超聲檢測(cè)儀第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五數(shù)字超聲儀第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五4、抑制旋鈕：抑制的作用是抑制熒光屏上幅度較低或認(rèn)為不必要的雜亂反射信號(hào)，使之不予顯示，從而使熒光屏顯示的波形清晰。注意：使用抑制時(shí)，儀器的垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍均會(huì)下降，抑制作用越大，儀器動(dòng)態(tài)范圍越小，從而在實(shí)際檢測(cè)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、深度范圍旋鈕：也叫深度粗調(diào)旋鈕，其作用是粗調(diào)熒光屏掃描線所代表的檢測(cè)范圍。調(diào)節(jié)此旋鈕，可大幅度地改變掃描速度，從而使熒光屏上回波間距在幅度地壓縮或擴(kuò)展。6、深度細(xì)調(diào)旋鈕：其作用是精確調(diào)整檢測(cè)范圍。調(diào)節(jié)此旋鈕，可連續(xù)

改變掃描速度，從而使熒光屏上回波間距在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。調(diào)節(jié)此旋鈕的目的是使熒光屏掃描線的反射波間距與反射體的間距成一定比例。深度范圍旋鈕和深度細(xì)調(diào)旋鈕在數(shù)字機(jī)上對(duì)應(yīng)的是“范圍”鍵第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)探頭探頭是超聲檢測(cè)系統(tǒng)的重要器件，其性能的好壞直接影響超聲檢測(cè)質(zhì)量，主要影響超聲檢測(cè)的靈敏度、分辨率、信噪比和定位定量精度。把以換能器為主要元件組裝成具有超聲波發(fā)射和接收特性的器件，稱為探頭。凡能把電能或其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)槌暷?，同時(shí)又能把超聲波能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑蚱渌问降哪艿脑?，稱為換能器。換能器的關(guān)鍵部件是具有壓電效應(yīng)的壓電晶片，一、壓電效應(yīng)與壓電材料1、某些晶體材料在交變應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生交變電場(chǎng)的效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)，反之，晶體材料在交變電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。正逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。2、超聲波探頭中的壓電晶片具有壓電效應(yīng)，當(dāng)高頻電脈沖激勵(lì)壓電晶片時(shí)，發(fā)生逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為聲能（機(jī)械能），探頭發(fā)射超聲波。當(dāng)探頭接收超聲波時(shí)，發(fā)生正壓電效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)換為電能。因此，常把探頭也叫換能器。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、壓電材料的主要性能參數(shù)具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，壓電材料分為單晶材料的多晶材料，常用的單晶材料有石英（SiO2）硫酸鋰（LiSO4）、鈮酸鋰（LiNbO3）；常用多晶材料有鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛（PbZrTiO3）鈦酸鉛（PbTiO3）。1、壓電應(yīng)變常數(shù)d33：表示在壓電晶體上施加單位電壓時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。d33=△t/U（m/V）U-施加在壓電晶片上的電壓，△t--在厚度方向的變形量。壓電應(yīng)變常數(shù)D33值越大，發(fā)射性能越好（發(fā)射強(qiáng)度越大），發(fā)射靈敏度越高。2、壓電電壓常數(shù)g33：表示作用在壓電晶體上單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。g33=Up/P（Vm/N）P-施加在壓電晶片兩面的應(yīng)力，Up—晶片表面產(chǎn)生的電壓梯度，即電壓U與晶片厚度t之比。壓電電壓常數(shù)g33值越大，接收性能越好，接收靈敏度越高。第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五3、介電常εε=Ct/AC—電容器電容，t—電容器極板的距離；A--電容器極板面積。超聲波檢測(cè)用的壓電晶體（t和A一定），頻率一般要求比較高，此時(shí)ε應(yīng)小些，因?yàn)棣判。珻就小，電容器充放電時(shí)間短，頻率高。4、機(jī)電偶合系數(shù)K：機(jī)電偶合系數(shù)表示壓電材料機(jī)械能（聲能）與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。K=轉(zhuǎn)換的能量/輸入的能量正壓電效應(yīng)：K=轉(zhuǎn)換的電能/輸入的聲能；逆壓電效應(yīng)：K=轉(zhuǎn)換的聲能/輸入的電能；探頭晶片振動(dòng)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生厚度方向和徑向二個(gè)方向的伸縮變形，因此機(jī)械偶合系數(shù)分為厚度方向的機(jī)械偶合系數(shù)Kt和徑向機(jī)械偶合系數(shù)KP。Kt大，檢測(cè)靈敏度高，KP大，低頻諧振波增多，發(fā)射脈沖變寬。第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五5、機(jī)械品質(zhì)因子θm機(jī)械品質(zhì)因子θm表示壓電晶片在諧振時(shí)儲(chǔ)存的機(jī)械能E儲(chǔ)與一個(gè)周期內(nèi)損耗的能量E損之比。Θm=E儲(chǔ)/E損壓電晶片振動(dòng)損耗的能量主要是由內(nèi)磨擦引起的，θm對(duì)分辨力有較大影響，θm大，損耗小，晶片振動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，脈沖寬度大，分辨力低，反之，θm小，表示損耗大，脈沖寬度小，分辨力高。6、頻率常數(shù)NNt=tf0=CL/2t—晶片厚度；f0—晶片固有諧振頻率，CL—晶片中縱波波速。壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫做壓電晶片的頻率常數(shù)。由上式可知，制作高頻探頭時(shí)，晶片厚度較小，制作低頻探頭時(shí)，晶片厚度較大。發(fā)射超聲波的頻率主要取決于晶片的厚度和晶片中的聲速。第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五7、居里溫度TC壓電材料的壓電效應(yīng)與溫度有關(guān)，它只能在一定溫度內(nèi)產(chǎn)生，超過一定溫度，壓電效應(yīng)就會(huì)消失。使壓電材料壓電效應(yīng)消失的溫度稱為壓電材料的居里溫度。綜上所述，為了使超聲波探頭具有所要求的性能，超聲波探頭對(duì)晶片的一般要求是：⑴機(jī)電耦合系數(shù)K較大，以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率；⑵機(jī)械品質(zhì)因子θm較小，以獲得較高的分辨力和較小盲區(qū)；⑶壓電應(yīng)變常數(shù)d33和壓電電壓常數(shù)g33較大，以獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。⑷頻率常數(shù)N較大，介電常數(shù)ε較小，以獲得較高的頻率。⑸居里溫度TC較高，聲阻抗Z適當(dāng)。第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、探頭的結(jié)構(gòu)超聲波探頭一般由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護(hù)膜和外殼組成。如圖。第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五它們的作用是：1、壓電晶片的作用是發(fā)射和接收超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲能轉(zhuǎn)換。2、阻尼塊的作用一是對(duì)壓電晶片的振動(dòng)起阻尼作用，從而減小脈沖寬度，提高分辨力，二是吸收晶片向背面發(fā)射的超聲波，三是對(duì)晶片起支承作用。3、保護(hù)膜的作用是保護(hù)壓電晶片，不致磨損或損壞4、斜楔是斜探頭中為了使超聲波傾斜入射到檢測(cè)面而裝在晶片前面的楔塊。其作用一是保證晶片發(fā)射的超聲波按設(shè)定的傾斜角傾斜入射到斜楔與工件的界面上，從而產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換，以便在工件內(nèi)形成特定波型和角度的聲束。二是對(duì)晶片起保護(hù)作用。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五四、探頭的種類按波型不同可分為：縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、板波探頭等按耦合方式可分為：接觸式探頭和液浸探頭；按波束形狀可分為聚焦探頭和非聚焦探頭；按晶片數(shù)不同可分為單晶探頭和雙晶探頭。1、直探頭：直探頭用于發(fā)射和接收縱波，所以也叫縱波探頭。其主要參數(shù)是頻率和晶片直徑。直探頭主要用于檢測(cè)與檢測(cè)面平行或近似平行的缺陷。用于對(duì)板材、鍛件等工件的檢測(cè)。2、斜探頭：可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭和可變角探頭。用得最多的是橫波斜探頭（aⅠ＜aL＜aⅡ）。斜探頭的主要參數(shù)是頻率、晶片尺寸、K值或角度、入射點(diǎn)（前沿長(zhǎng)度）等，主要用于檢測(cè)與探測(cè)面垂直或成一定角度的缺陷。用于對(duì)焊縫、汽輪機(jī)葉輪等工件的檢測(cè)。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五3、雙晶探頭（分割探頭）：雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波，一塊用于接收超聲波,中間夾有隔聲層。發(fā)射晶片用發(fā)射靈敏度高的壓電材料制成，接收晶片用接收靈敏度高的壓電晶片制成，這樣，探頭發(fā)射和接收靈敏度都高。雙晶探頭的主要參數(shù)為頻率、晶片尺寸和聲束匯集區(qū)的范圍。雙晶探頭的優(yōu)點(diǎn)：⑴靈敏度高⑵雜波少盲區(qū)小⑶工件中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度?、葯z測(cè)范圍可調(diào)由于雙晶探頭的上特點(diǎn)，雙晶探頭主要用于檢測(cè)近表面缺陷和已知缺陷的定點(diǎn)測(cè)量，主要用于對(duì)較薄工作的縱波檢測(cè)。如JB/T4730標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，板厚為6～20mm的板材超聲檢測(cè)，應(yīng)先用5MHz的雙晶直探頭。第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五聚焦探頭：聚焦探頭是利用超聲波在介面上產(chǎn)生折射的原理，使探頭發(fā)現(xiàn)的超聲波束在工件的某處聚集的一種探頭。根據(jù)聚焦方式不同，可分為點(diǎn)聚焦和線聚焦。點(diǎn)聚焦的理想焦點(diǎn)為一個(gè)點(diǎn)，其聲透鏡為球面，線聚焦的理想焦點(diǎn)為一條線，其聲透鏡為柱面。聚焦探頭的主要參數(shù)是頻率、晶片尺寸和焦距。聚焦探頭可分為接觸式聚焦探頭和水浸聚焦探頭。水浸聚焦探頭的焦距F與聲透鏡的曲率半徑r的關(guān)系為：F=C1r/（C1-C2）=nr/（n-1）聚焦探頭檢測(cè)工件時(shí)，實(shí)際焦距會(huì)變小F‘=F-L（C3/C2-1）水層厚度為：H=F-LC3/C2式中：n=C1/C2，C1、C2、C3分別為聲透鏡、水、工件中聲速。L為焦點(diǎn)至工作表面的距離。第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五五、探頭型號(hào)探頭型號(hào)表示方法一般由基本頻率、晶片材料、晶片尺寸、探頭種類、探頭特征五個(gè)部分組成，其排列順序如下：基本頻率→晶片材料→晶片尺寸→探頭種類→探頭特征1、基本頻率：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為MHz；2、晶片材料：用化學(xué)元素縮寫符號(hào)表示；3、晶片尺寸：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm，其中圓晶片用直徑表示；矩形晶片用長(zhǎng)×寬表示；雙晶探頭為圓形的，用分隔前的直徑表示，兩個(gè)矩形晶片長(zhǎng)×寬×2表示。壓電晶片材料代號(hào)壓電晶片材料代號(hào)鋯鈦酸鉛陶瓷P鈦酸鋇陶瓷B鈦酸鉛陶瓷T鈮酸鋰單晶L碘酸鋰單晶I石英單晶Q其它壓電材料N第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五4、探頭種類：用漢語拼音字母表示，直探頭可以不標(biāo)。5、探頭特征：斜探頭鋼中折射角正切值（K值）用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。鋼中折射角用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為“°”。雙晶探頭鋼中聲束匯集區(qū)深度用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm，水浸聚焦探頭水中焦距用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm，DJ表示點(diǎn)聚焦，XJ表示線聚焦。如2.5P13X13K2表示基本頻率為2.5MHz,晶片材料為鋯鈦酸鉛陶瓷，晶片尺寸為13X13，K值為2的斜探頭。2.5B20Z表示基本頻率為2.5MHz,晶片材料為鈦酸鉛陶瓷，晶片尺寸20mm圓晶片的直探頭。5T20FG10Z，5I14SJ10DJ探頭種類代號(hào)探頭種類代號(hào)直探頭Z水浸聚焦探頭SJ斜探頭（用K值表示）K表面波探頭BM斜探頭（用折射角表示）X可變角探頭KB分隔探頭FG第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)耦合劑超聲耦合是指超聲波在檢測(cè)面上的聲強(qiáng)透射率。聲強(qiáng)透射率高，超聲耦合好。為改善探頭與工件間聲能的傳遞，而加在探頭和檢測(cè)面之間的液體薄層稱為耦合劑。加耦合劑是因?yàn)樘筋^與工件之間有一層空氣，由超聲波的物理知識(shí)可知，超聲波在空氣界面上幾乎全反射，即使很薄的空氣也會(huì)阻止超聲波傳入工件。因此，在探頭與工件之間施加耦合劑，以排除探頭與工件間的空氣間隙，使超聲波能夠傳入工件，從工件中反射回的超聲波也能返回到探頭，這是施加耦合劑的主要目的。此外，耦合劑還有潤(rùn)滑作用，減少探頭磨損常用的耦合劑有水、甘油、水玻璃、機(jī)油、變壓機(jī)油、漿糊等。一般要求耦合劑應(yīng)滿足以下要求：1、能潤(rùn)濕工件和探頭表面，流動(dòng)性好，粘度和附著力適當(dāng)，不難清洗。2、聲阻抗高，透聲性能好。3、來源廣，價(jià)格便宜。4、對(duì)工件無腐蝕，對(duì)人體無害，不污染環(huán)境。5、性能穩(wěn)定、不易變質(zhì)，能較長(zhǎng)時(shí)間保存。第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)試塊按一定用途設(shè)計(jì)制作的具有簡(jiǎn)單幾何形狀人工反射體或模擬缺陷的試樣，稱為試塊。一、試塊的分類超聲檢測(cè)用試塊通常分為標(biāo)準(zhǔn)試塊、對(duì)比試塊和模擬試塊三大類1、標(biāo)準(zhǔn)試塊：標(biāo)準(zhǔn)試塊是指由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定的，其特性和制作要求有專門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)試塊具有規(guī)定的材質(zhì)、形狀、尺寸和表面狀態(tài)。如ⅡW試塊、CBⅠ、CBⅡ、CSⅠ、CSⅡ、CSⅢ、CSK-ⅠA、CSK-ⅡA、CSK-ⅢA、CSK-ⅣA等。標(biāo)準(zhǔn)試塊的作用是用于儀器和探頭系統(tǒng)性能測(cè)試校準(zhǔn)和檢測(cè)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)試塊的基本要求是：材質(zhì)均勻、雜質(zhì)少、無影響使用的缺陷、易加工、不易變形和銹蝕、具有良好的聲學(xué)性能。試塊的平行度、垂直度、粗糙度和尺寸精度要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。要用平爐鎮(zhèn)靜鋼和電爐軟鋼制作，表面粗糙度一般不低于1.6μm，尺寸公差±0.05mm。第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五2、對(duì)比試塊：對(duì)比試塊是以特定方法檢測(cè)特定工件時(shí)采用的試塊，含有意義明確的人工反射體。要求對(duì)比試塊要與被檢工件材料聲學(xué)特性相似，外形結(jié)構(gòu)應(yīng)能代表被檢工件的特性，試塊厚度應(yīng)與被檢工件的厚度相對(duì)應(yīng)。對(duì)比試塊主要用于檢測(cè)校準(zhǔn)及評(píng)估缺陷的當(dāng)量尺寸。如無縫鋼管橫波檢測(cè)對(duì)比試塊，水晶釜縱向缺陷超聲波檢測(cè)對(duì)比試塊等。3、模擬試塊：模擬試塊是含有模擬缺陷的試塊，可以是模擬工件中實(shí)際缺陷而制作的樣件，也可以是檢測(cè)中所發(fā)現(xiàn)的含自然缺陷的樣件。模擬試塊主要用于檢測(cè)方法的研究、檢測(cè)人員的資格考核和評(píng)定、評(píng)價(jià)和驗(yàn)證儀器探頭系統(tǒng)的檢測(cè)能力及檢測(cè)工藝等。4、人工反射體：為檢測(cè)某一類型的缺陷，人為在試件中加工的具有與檢測(cè)缺陷特征相近的規(guī)則反射體，稱為人工反射體。常用的規(guī)則反射體主要有：長(zhǎng)橫孔、短橫孔、橫通孔、平底孔、V型槽、矩形槽、線切割槽等第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五橫通孔和長(zhǎng)橫孔具有軸對(duì)稱性，反射波幅比較穩(wěn)定，有線性缺陷的特征，適用于各種K值探頭。可作為有一定長(zhǎng)度的裂紋、未焊透、未熔合和條狀缺陷的人工反射體。通常用于對(duì)焊接接頭、堆焊層的超聲檢測(cè)。短橫孔在近場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為線狀反射體特征，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為點(diǎn)狀反射體特征。主要用于對(duì)焊接接頭的檢測(cè)，適用于各種K值探頭。平底孔一般具有點(diǎn)狀面積型反射體的特點(diǎn)，主要用于鍛件、鋼板、焊接接頭、復(fù)合板、堆焊層的超聲檢測(cè)。V型槽和線切割槽具有表面開口的線性缺陷的特點(diǎn)，適用于鋼板、鋼管、鍛件等的橫波檢測(cè)。第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、試塊的結(jié)構(gòu)與作用舉例1、CSK-ⅠA標(biāo)準(zhǔn)試塊：CSK-ⅠA的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示CSK-ⅠA的作用：1）調(diào)整縱波檢測(cè)范圍和掃描速度，用25和100反射體。2）校準(zhǔn)儀器的水平線性、垂直線性和動(dòng)態(tài)范圍。用25mm或100mm反射體3）測(cè)定直探頭和儀器組合的遠(yuǎn)程分辨力。利用85、91、100mm反射體。4）測(cè)量斜探頭的入射點(diǎn)，用R100反射體。5）測(cè)量斜探頭的K值或折射角。6）測(cè)量斜探頭和儀器的組合靈敏度余量。利用R100或φ1.5反射體。7）調(diào)整橫波檢測(cè)范圍和掃描速度，利用R50和R100反射體。8）測(cè)定斜探頭聲束軸線的偏離。利用試塊的直角棱邊測(cè)。9）測(cè)量橫波斜探頭的分辨力。利用φ50、φ44、φ40臺(tái)階孔。第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五2、CSK-ⅢA標(biāo)準(zhǔn)試塊CSK-ⅢA標(biāo)準(zhǔn)試塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖。CSK-ⅢA標(biāo)準(zhǔn)試塊的用途1）用于測(cè)量斜探頭的K值或折射角2）用于制作斜探頭的距離—波幅曲線。3）調(diào)整橫波斜探頭的掃描速度。4、用于調(diào)整檢測(cè)靈敏度。第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)儀器和探頭的性能及其測(cè)試儀器和探頭的性能包括儀器的性能、探頭的性能、儀器與探頭的組合性能。對(duì)一個(gè)檢測(cè)人員來說，不僅要了解這些性能，還要能對(duì)這些性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，以便定期對(duì)儀器和探頭的性能進(jìn)行測(cè)試和校驗(yàn)，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。一、儀器主要性能指標(biāo)超聲儀的性能我們主要關(guān)注以下性能指標(biāo)：1、垂直線性：垂直線性是指輸入到超聲檢測(cè)儀接收電路的信號(hào)幅度與其在超聲檢測(cè)儀顯示器上所顯示的幅度成正比的關(guān)系程度。垂直線性影響缺陷當(dāng)量的評(píng)定結(jié)果。2、動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍是在增益不變的情況下，超聲檢測(cè)儀可運(yùn)用的一段信號(hào)幅度范圍，在此范圍內(nèi)信號(hào)不過載或畸變，也不至于過小而難以觀察。動(dòng)態(tài)范圍通常是用滿足上述條件的最大輸入信號(hào)與最小輸入信號(hào)之比的分貝值表示。第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五3、水平線性：水平線性又稱時(shí)基線性，或叫掃描線性，是指輸入到超聲檢測(cè)儀中的不同回波的時(shí)間間隔與超聲檢測(cè)儀顯示屏?xí)r基線上回波的間隔成正比關(guān)系的程度。水平線性影響缺陷位置的準(zhǔn)確度。二、探頭的性能探頭的性能指標(biāo)很多，包括頻率響應(yīng)、相對(duì)靈敏度、時(shí)間域響應(yīng)、距離波幅特性、聲束擴(kuò)散性、入射點(diǎn)、折射角、聲軸偏斜角和雙峰。注要關(guān)注以下幾項(xiàng)性能指標(biāo)：1、探頭入射點(diǎn)：入射點(diǎn)是指斜探頭斜楔中縱波聲軸入射到探頭底面的交點(diǎn)，通常用前沿長(zhǎng)度表示。如圖L02、折射角：折射角是超聲波在工件中橫波的折射角。由斜楔的角度和超聲波在工件中的傳播速度決定。探頭中折射角的標(biāo)稱值是是指鋼中橫波的折射角，由斜楔的角度決定。K值是折射角的正切值，即：K=tgβ=L/H入射點(diǎn)、折射角或K值都是特有的斜探頭的指標(biāo)。第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五3、聲軸偏斜角是指聲束軸線與探頭的幾何軸線偏斜的程度。影響定位精度。4、雙峰是指聲束軸線沿橫向移動(dòng)時(shí)，同一反射體產(chǎn)生兩個(gè)波峰的現(xiàn)象。影響定位精度和定量精度。三、儀器和探頭的組合性能儀器和探頭的組合性能主要是指靈敏度（或靈敏度余量）、分分辨力、信噪比1、靈敏度是指儀器和探頭組合后的整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。發(fā)現(xiàn)的缺陷越小，靈敏度就越高。超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度常用靈敏度余量來表示。靈敏度余量是指儀器最大輸出時(shí)（增益、發(fā)射強(qiáng)度最大，衰減和抑制為零時(shí)），使規(guī)定反射體回波達(dá)到基準(zhǔn)高，所需衰減的衰減總量。靈敏度余量大，說明系統(tǒng)的靈敏度高。靈敏度余量與儀器和探頭的綜合性能有關(guān)，因此，又稱儀器和探頭的綜合靈敏度。第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五2、分辨力：分辨力是指能夠?qū)σ欢ù笮〉膬蓚€(gè)相鄰反射體提供可分離指示時(shí)兩者的最小距離。3、信噪比：信噪比是指示波屏上有用的最小缺陷信號(hào)幅度與無用的最大噪聲幅度之比。信噪比小，噪聲會(huì)掩沒幅度較小的缺陷信號(hào)，從而引起誤判可漏檢。第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五四、幾種儀器、探頭及其組合性能測(cè)試方法1、垂直線性通常我們采用規(guī)定反射體如大平底產(chǎn)生的回波，用儀器上的衰減器改變屏幕上顯示的回波高度，以測(cè)得的回波高度值與相應(yīng)衰減量對(duì)應(yīng)的理論波高的最大差值作為儀器的垂直線性誤差。JB/T4730-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，垂直線性誤差不大于5%。其測(cè)量步