超聲波儀器、探頭性能指標(biāo)及其測試方法

PAGEPAGE1-超聲波儀器、探頭主要組合的性能測定主要性能測試項目及其性能指標(biāo)儀器靈敏度余量垂直線性誤差動態(tài)范圍分辨力水平線性誤差探測范圍通用儀器≥46dB≤6%≥26dB≥26dB≤2%數(shù)字儀器≥60dB≥3.6m探頭頻率誤差相對靈敏度余量分辨力聲軸偏斜角折射角誤差直探頭≤15%≥40dB≥26dB≤1.5°斜探頭≤15%≥60dB≥18dB≤4%小角度探頭≤15%≥50dB≥16dB≤2°不動車專用≥75dB一、超聲波探傷儀主要性能測試方法1、電噪聲電平（%）儀器靈敏度置最大，發(fā)射置強(qiáng)，抑制置零或關(guān)，增益置最大，衰減器置“0”，深度粗調(diào)、深度微調(diào)置最大。讀取時基線噪聲平均值，用百分?jǐn)?shù)表示。2、靈敏度余量（dB）a)使用2.5MHz、Φ20直探頭和CS－1－5或DB--PZ20—2型標(biāo)準(zhǔn)試塊。b)連接探頭并將儀器靈敏度置最大，發(fā)射置強(qiáng)，抑制置零或關(guān)，增益置最大。若此時儀器和探頭的噪聲電平(不含始脈沖處的多次聲反射)高于滿輻的10％，則調(diào)節(jié)衰減或增益，使噪音電平等于滿輻度的10％記下此時衰減器的讀數(shù)S0。圖1直探頭相對靈敏度(靈敏度余量)測量c)將探頭置于試塊端面上探測200mm處的i2平底孔，如圖17所示。移動探頭使中Φ2平底孔反射波輻最高，并用衰減器將它調(diào)至滿輻度的50％，記下此時衰減器的微Sl，則該探頭及儀器的探傷靈敏度余量S為：S=S1--S0(dB)3、垂直線性誤差測量（%）(1)連接探頭并在試塊上探測任一反射波(一般聲程大于50mm)作為參照波，如圖2所示。調(diào)節(jié)探傷儀靈敏度，使參照波的輻度恰為垂直刻度的100％，且衰減器至少有30dB的余量。測試時允許使用探頭壓塊。圖2垂直線性誤差測量(2)用衰減器降低參照波的輻度，并依次記下每衰減2dB時參照波輻度的讀數(shù)，直至衰減26dB以上。然后將反射波輻度實測值與表l中的理論值相比較，取最大正偏差d(+)與最大負(fù)偏差d(-)，則垂直線性誤差△d用式(1)計算：△d=｜d(+)｜+｜d(-)｜…(1)(3)在工作頻率范圍內(nèi)，改用不同頻率的探頭，重復(fù)(1)和(2)的測試。表1衰減量dB02468101214161820222426波高理論值10079.463.150.139.831.625.120.015.812.510.07.96.35.0實測值4、動態(tài)范圍的測量（dB）(1)連接探頭并在試塊上探測任一反射波(一般聲程大于50mm)作為參照波。(2)調(diào)節(jié)衰減器降低參照波，并讀取參照波輻度自垂直刻度的100％下降至剛能辨認(rèn)之最小值(一般約為3～5％)時衰減器的調(diào)節(jié)量，此調(diào)節(jié)量則定為該探傷儀在給定頻率下的動態(tài)范圍。圖8探頭回波頻率測量(2)斜探頭回波頻率的測量儀器連接及調(diào)節(jié)度與直探頭相同，將探頭置于1號試塊上探測R100圓弧面的最高回波。其余步驟與直探頭相同。2、分辨力(縱向)測量(1)直探頭分辨力的測量a)儀器抑制置零或關(guān)，其它旋鈕置適當(dāng)位置，連接探頭并置于CSK-IA標(biāo)準(zhǔn)試塊上，探測聲程分別為85mm和91mm反射面的反射波(如圖9所示)，移動探頭使兩波等高；圖9直探頭分辨力的測量b)改變靈敏度使兩次波輻同時達(dá)到滿輻度的100％，然后測量波谷高度h，則該探頭的分辨力R用下式計算：R=20lg(100／h)…………(8)(1)若h=0或兩波能完全分開，則取R>30dB。(2)斜探頭分辨力的測量a)如圖10所示，探頭置于CSK一1A試塊的K值測量位置，耦合良好，探測試塊上A(Φ50)、B(Φ44)兩孔的反射波，移動探頭使兩波等高；b)調(diào)節(jié)衰減器和增益，使A、B西波波輻同時達(dá)到滿輻度的100％，然后測量波谷高度h，則該探頭的分辨力R用式(8)計算；c)若h=0或兩波能完全分開，則取R>30dB。圖10斜探頭分辨力的測量(3)小角度探頭分辨力的測量將探頭置于K<1.5的位置，其余測試步驟同斜探頭分辨力的測量。3、直探頭聲軸偏斜角的測量(1)在DBH1試塊上選取深度約為2倍被測探頭近場長度的橫通孔。(2)標(biāo)出探頭的參考方向，將探頭幾何中心軸對準(zhǔn)橫通孔中心軸，然后使探頭沿x方向在試塊中心線上移動，測出到孔波最高點時探頭的移動距離D、，其中孔波輻度最高點在+x方向時加上(+)號，在-x方向時加上(-)號，如圖1l。圖11直探頭聲軸偏斜角的測量(3)繼續(xù)沿x方向移動探頭，分別測出孔波輻度最高點至孔波輻度下降6dB時探頭的移動距離W+x和w-x。(4)使探頭沿y方向?qū)?zhǔn)試塊中心線移動，按上兩條的方法測出Dy、W+y和W-y。(6)Dx、Dy。表示了聲軸的偏移，W+x、W-x、W+y和Wy表示了聲束寬度，讀數(shù)精確到1mm。按下式計算聲軸的偏斜角θ：4、斜探頭、小角度入射點的測定(1)橫波斜探頭連接被測探頭并置于CSK一1A型標(biāo)準(zhǔn)或CSK—I型標(biāo)準(zhǔn)試塊上探測試塊R100圓弧面，如圖12所示。前后移動探頭并保持探頭與試塊側(cè)面平行，使R100圓弧面的回波輻度達(dá)到最高，則此時R100圓心刻線所對應(yīng)的探頭側(cè)棱上的點的即為探頭的入射點。讀數(shù)精確到0.圖12入射點的測定(2)小角度縱波探頭調(diào)整儀器各旋鈕使屏幕顯示正常，將被測探頭置于TZS—R試塊的R面上(圖13)探測試塊A面下棱角，前后移動探頭，并注意保持探頭聲束與試塊側(cè)面平行，使A面下棱角回波達(dá)到最高，記下此時探頭前沿至試塊前端以端)的距離為然后用二次反射被探測A面上棱角，同樣前后移動探頭，使A面上棱角回波達(dá)到最高，記下此時探頭前沿至試塊前端(A端)的距離XZ，則探頭前沿至入射點的距離為：a=x2—2xl5斜探頭折射角的測量測試設(shè)備：a)探傷儀；b)l號標(biāo)準(zhǔn)試塊；C)刻度尺。測試步驟將探頭置于1號標(biāo)準(zhǔn)試塊上，當(dāng)K≤1.5時，探頭放在如圖10(a)位置，觀察Φ50mm孔的回波；1.5<K≤2.5時，探頭放在如圖10(b)位置，觀察Φ50mm孔的回波；當(dāng)K>2.5時，則觀察圖10(c)的Φ1.5mm橫通孔的回波。前后移動探頭，直到孔的回波最高時固定下來，然后在試塊上讀出按3.2.5測得的入射點相對應(yīng)的角度刻度β圖10按下式計算K值：K=tgβ式中：β－折射角，（°）；(2)小角度縱波探頭K值和β角的測定在小角度探頭的K值和β角測定之前，應(yīng)首先測定探頭的前沿距離a，然后再按圖15和圖16所示方法，在TZS—R試塊的c面或B面進(jìn)行測試，當(dāng)找到端面(A面)上棱角的最大反射波高時，則探頭的K值和w角用下式計算：當(dāng)探頭入射角在6o～8o時(如圖15)k=：(X+a)／200…………(11)β=arctgk當(dāng)探頭入射角在9o～11o時(如圖16)k=(X+a)／80；…………(12)p=arctgk圖15圖16小角度探頭人射角α和折射角β對應(yīng)關(guān)系如表3(斜塊聲速取2730m／s)。表3入射角α5°6°7°8°9°10°11°12°折射角β10.86°13.06°15.27°17.5°21.76°22.04°24.35°26.7°6相對靈敏度(1)直探頭(等同于探傷靈敏度余量)a)使用2.5MHz、Φ20直探頭和CS－1－5或DB--PZ20—2型標(biāo)準(zhǔn)試塊。b)連接探頭并將儀器靈敏度置最大，即發(fā)射置強(qiáng)，抑制置零或關(guān)，增益置最大。若此時儀器和探頭的噪聲電平(不含始脈沖處的多次聲反射)高于滿輻的10％，則調(diào)節(jié)衰減或增益，使噪音電平等于滿輻度的10％記下此時衰減器的讀數(shù)S0。圖17直探頭相對靈敏度(靈敏度余量)測量c)將探頭置于試塊端面上探測200mm處的Φ2平底孔，如圖17所示。移動探頭使中Φ2平底孔反射波輻最高，并用衰減器將它調(diào)至滿輻度的50％，記下此時衰減器的微Sl，則該探頭及儀器的探傷靈敏度余量S為：S=S1--S0(dB)………(13)(2)斜探頭相對靈敏度測試連接好被測試斜探頭并按直探頭的方法測量噪聲電平S0，然后將探頭并置于CSK-1A標(biāo)準(zhǔn)試塊上探測R100圓弧面(如圖18)，耦合良好并保持聲束方向與試塊側(cè)面平行，前后移動探頭，使R100圓弧面的一次回波輻度最高，將其衰減至滿輻度的50％，此時衰減器的讀數(shù)為S2。則斜探頭的相對靈敏度S為：S=S2-S0(dB)…………(14)圖18斜探頭相對靈敏度測量(3)小角度縱波探頭測量方法同橫波探頭的情況，只不過基準(zhǔn)反射面由CSK-1A試塊上的R100圓弧面改為DB-H2試塊上Φ3×80橫孔，如圖19所示。前后移動探頭使孔波達(dá)到最高，并用衰減器將其調(diào)至滿刻度的50％，記下此時衰減器的讀數(shù)S3，則S3-S0。的差值即為被測探頭的相對靈敏度。測量時注意保持探頭側(cè)面與試塊側(cè)面平行。圖19小角度探頭相對靈敏度測量7空載始波寬度測量(1)直探頭空載始波寬度a)探頭置1號(或CSK-1A)試塊高100mm的探測面上，使底波B1；和B2的前沿分別對準(zhǔn)水平刻度的5和10，即水平刻度全長代表鋼中縱波聲程200mm。b)探頭移置DB-PZ20-2、試塊或CS-1-5試塊上，儀器的調(diào)整度置靈敏度余量測試狀態(tài)，將探頭置于空氣中，擦去探頭表面油層，水平刻度的“0”(2)斜探頭空載始波寬度a)連接直探頭并將其置于1號(或CSK-1A)標(biāo)準(zhǔn)試塊高91mm的探測上，調(diào)節(jié)“掃描”和“移位”旋鈕，使底波B1、B2的前沿分別對準(zhǔn)水平刻度的5和10，并使第二次底波輻度為垂直刻度的50％～80％。此時水平刻度線全長代表鋼中橫波聲程100mm也可用被測斜探頭直接探測CSK-1A試塊上R50和R100圓弧面，調(diào)節(jié)儀器“掃描”和“移位”旋鈕，使兩波的前沿分別對準(zhǔn)水平刻度的5和10，水平刻度線全長代表鋼中橫波聲程100mm。b)換上待測斜探頭，儀器調(diào)整度置斜探頭相對靈敏度測試狀態(tài)，在聲束方向與試塊側(cè)面保持平行的條件下前后移動探頭，使1號(或CSK－1A)試塊R100圓弧面的第一次回波最高，調(diào)節(jié)衰減器使回波輻度為垂直刻度的50％，然后調(diào)節(jié)水平旋鈕，使回波前沿對準(zhǔn)刻度“10”c)將探頭置于空氣中，擦去探頭表面油層，使儀器增益40dB，則水平刻度的“0”點至始波后沿與垂直刻度20％線交點所對應(yīng)的水平距離Wo(3)小角度探頭始波寬度a)調(diào)節(jié)水平刻度全長為鋼中縱波200mm(調(diào)節(jié)方法與直探頭同)。b)儀器的調(diào)整度置小角度探頭相對靈敏度測試狀態(tài)，并按表4調(diào)節(jié)中3×80橫孔的最高回波至水平刻度的計算值位置。將探頭置于空氣中，擦去探頭表面油層，使儀器增益30dB，則水平刻度的“0”點至始波后沿與垂直刻度20％線交點所對應(yīng)的水平距離Woc)因調(diào)整量小，測量時可將Φ3×80孔波的前沿一律對準(zhǔn)水平刻度4．1格。表4小角度探頭的角度5678910Φ3x80最高孔波聲程81.081.