超聲波檢測及等級評定實驗

一、實驗目的

1、了解超聲波探傷的工作原理和儀器的工作過程；

2、熟悉探傷儀器，掌握使用直探頭和斜探頭，對試件進行縱波和橫波探傷，確定試件的內部缺陷。

二、實驗原理

超聲波探傷是利用電子儀器產生高頻（0.5～10MHz）脈沖電壓，激發鈷鈦酸鉛等壓電晶片，由于這種壓電晶片具有電壓效應，電能被轉換成機械彈性振動成為超聲波，向工件內部傳播（超聲縱波或橫波）進行探傷，而在不同介質的界面上（工件表面、內部缺陷、工件底部）反射回來的超聲波，又由壓電晶片轉換成電訊號，經放大后，顯示在示波管上，以判斷工件內部是否存在缺陷（氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等）。顯然，缺陷越大，從缺陷界面反射回探頭所需的時間就越長，因此，根據反射波的強弱和到達時間的長短，就可以探測工件內部缺陷的大小和位置（深度），這就是超聲波探傷的基本工作過程。

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三、實驗儀器和工具

CTS—8型晶體管探傷儀，鋼直尺，機油，試件若干。

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四、實驗步驟

1、試件的準備

（1）準備各種試件，表面具有一定光潔度；

（2）在探測表面涂上一層耦合劑——機油。

2、儀器的調整

（1）使用22V～30V的直流電源，嚴禁儀器直接接入交流電源中，或將直流電源的極性反接，否則損壞儀器；

（2）接通電源：開啟面板上電源開關K6，這時可聽到儀器內部發出頻率為1千赫的音響，表示儀器工作正常，約15秒鐘后，熒光屏上應出現掃描基線；

（3）調整輝度、聚焦、波形位置：用起子調節儀器上端的電位器W10（輝度旋鈕）至基線亮度適中，一般在儀器出廠時輝度已調在較亮位置，以后不必常動。調節旋鈕W8（聚焦旋鈕）使波形至清晰為止，如果面板上的聚焦控制不能調至波形最清晰時，可用起子略調儀器上端的輔助聚焦電位器至波形更清晰。儀器上端的垂直位移電位器W11可供調節基線上下移動，使基線與熒光屏的刻度重合，便于讀測。若要調動屏幕上基線左右位置，調節面板上標有“←→”符號的旋鈕W7，可以把始波對準于熒光屏刻度的零位；

（4）頻率調節：超聲波工作頻率較高，指向性好，聲束擴散角小，有利于缺陷的探測，但如果工件結晶顆粒粗大則衰減嚴重，故一般工件較小結晶細時，選用較高工作頻率，如2.5～5MHz；反之則取0.5～1.5MHz的工作頻率。頻率開關K1調準后應配用相應頻率的探頭；

（5）輸出調節：控制器W1主要改變發射脈沖寬度，從而改變超聲發射功率。對于小工件近表淺部位的探點或要求較高分辨率時，則可適當將輸出減少；如探測距離較大，則可將輸出增大；

（6）探測深度調節：根據被測零件的厚度，調節“粗調”和“細調”兩個控制旋鈕，先將“細調”置“0”，然后按試件厚度定“粗調”位置，再調節“細調”至適當位置，以便于觀察底波顯示。為了便于測距，一般應將始波和底波調至熒光屏標尺0～10寬度；

（7）探傷靈敏度調節：這是指示波管熒光屏上反射波脈沖波形高低的調節，以發現工件內部超過規定要求的隱藏缺陷，通常由標準試塊并調節“增益”和“抑制”等旋鈕來實現，以使缺陷反射能充分的顯示；

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儀器面板排列圖

（8）標距的調節：距離標志是直接測量深度距離的標尺，當距離開關K5打開時，熒光屏上即出現一系列相等距離的負向標志脈沖，調整標距W12可改變兩個脈沖間的距離，使用標距之前，必須對標距進行單位長度校準；

（9）探頭的使用：根據工件大小、形狀和探測要求，選擇單探頭或雙探頭工作方式和直探頭或斜探頭進行探傷。通常對此沒有嚴格的規定，以波形顯示利于探傷為準。但必須注意象裂紋這一類的危險缺陷，對超聲波的反射有方向性，因此往往有必要利用直探頭和斜探頭從各個方面進行探測，以避免漏檢。

直探頭：常用2.5MHz，對形狀規則，缺陷多與探測表面平行的工件（如鋼板）用直探頭較為有利。由熒光屏上波形的相互位置，對應于工作厚度，又可按比例確定缺陷的深度。

斜探頭：常用2.5MHz，對缺陷可能與探測表面垂直或傾斜的工件，尤其是直探頭無法接近探測部位的工件（如焊縫）必須用斜探頭探傷。

（10）對指定零件進行探傷并作出記錄。

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五、實驗記錄

1、用CS—1試塊對儀器進行靈敏度校核，選用f=2.5MHz，D=20mm直探頭

（表一）

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2、按照縱波探傷法對（01）號試件位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中人為缺陷進行檢測，根據水平刻度與探測深度成正比原理判定缺陷位置，選用f=2.5MHz，D=20mm直探頭，先調整掃描速度（表二），后進行缺陷位置的判定（表三）。

（表二）

（表三）

3、縱波探傷

（1）按實驗二的方法判定（02）號試件A和C部位中人工缺陷的位置。選用f=2.5MHz，D=14mm直探頭（表五）

（2）根據6分貝法（半波高度法）對（02）號試件部位A中的缺陷進行定量分析，確定缺陷的大小（表六）

（表四）

（表五）

（表六）

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4、橫波探傷

被檢工件板厚12mm的對接試塊，探傷為焊縫，板材料為碳鋼。對被檢工件按以下順序進行探傷測量。

1、選擇探頭入射角

2、測量探頭的入射點和折射角；

3、掃描速度的調整（按聲程調整）；

4、時基軸零點的修正和時基軸的調整；

5、調節起始靈敏度；

6、缺陷位置的測定；

（1）??? 缺陷距探測表面的深度；

（2）??? 探頭至缺陷的水平距離；

7、缺陷大小的確定；

（1）??? 當量法（并用半波高度法驗證）測定缺陷當量尺寸；

（2）??? 用半波高度法測定縱向缺陷尺寸。

8、列圖表計算并分析討論。