超声波检测技术的实验原理和方法

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1、实验 超声波检测一、实验目的1、了解超声波检测的基本原理和方法；2、了解超声波检测的特点和适用范围；3、掌握斜探头横波探伤的距离一波幅（DAC ）曲线制作方法。二、实验设备器材1、 ZXUD-40E 型智能超声波探伤仪ZXUD-40E 型数字式超声波探伤仪是小型化的便携式超声波探伤仪器，特别适用于 材料缺陷的评估和定位、壁厚测量等，适合各种大型工件和高分辨率测量的要求。主要参数指标如下：发射电压250V/450V脉冲宽度40500ns采样频率100MHz （最咼）脉冲重复频率60Hz 1.2KHz阻抗匹配50Q/150Q/200Q/500Q工作模式自发自收/单发单收/穿透分辨力40dB平均电噪

2、声63dB增益0110dB；步进 0.1dB/ldB/2dB/6dB 可选频带（-3dB）宽频 0.515MHz、带通 1 5MHz、210MHz、5 15MHz放大器精度1dB/20dB垂直线性误差35dB检波方式正检波/负检波/全检波检测范围010m； 0.1、1以及10mm步进自动设置水平线性误差 0nn5.0MHz榕IS.0x10.0图 9-7 探头参数设置菜单 探头类型：探头的入射类型，直探头还是斜探头。探头K值/角度：K值为探头入射角的正切值（仅用于斜探头）。 探头前沿：从探头的声束入射零点到探头外壳前表面的距离（仅用于斜探头）。 探头频率：探头的信号频率。探头规格：探头的晶片尺寸

3、。3 自动校准 超声波探伤前必须将相关的探头、试块组合进行校准，用来保证测量计算的精度 以满足探伤条件的基本准备。（ 1 ）校零位偏移（简称：校零偏） 为了对被检测缺陷精确定位，在检测前应先作距离校准，以保证测量计算时探按下头入射波处在被检工件的界面零点。功能菜单键，将展开“自动校准”水平菜单。按下丄子菜单键,选择“校零偏”。校零位偏移时的水平菜单如图9-8所示。協瓏围200校魚度45.0图 9-8 校零位偏移时的水平菜单校零位偏移之前，必须完成下面列举的准备工作：1）重复频率设置为 60Hz2）设置正确的收发模式3）数字抑制设置为零4）将探头放置在CSK-IA试块上，放置方式如下所述：斜探头

4、校零位偏移时，是利用CSK-IA标准试块的双圆弧面为标准参考（圆半径为 R50/R100 ） ，如下图9 -9所示。校零位偏移的操作描述如下：1）调整检测范围R50:WRlUUCnO35140200示区中可以看到斜探头的R50/R100圆弧面回波处于屏幕可见的合适位置。如果已经满足上述条件可以不进行此项操作。10512511095K2. 0 K3. 0050. 0K2.5K1. K1.54 4345-89按下丄子菜单键，选中“检测范围”菜单项。调节检测范围，使得在回波显图 9-9 斜探头校零位偏移时的探头放置2）校零偏设置图 9-10 “校零偏设置”对话框根据屏幕提示，选择“探头类型”并根据探

5、头类型输入“参考R1”和“参考R2”参考R1与参考R2的输入值参见下表9-2所示。表9-2不同探头类型校零位偏移时的参考输入直探头斜探头参考R125mm50mm参考R250mm100mm卜4H按下，退出校零偏设置；按下，完成校零偏设置，进入记录参考。3）记录参考 R1 的最高回波完成校零偏设置之后，进入记录参考R1。水平菜单如下所示：图9-11“记录参考R1 ”水平菜单此时首先确认参考1的回波被闸门套住，如果回波在闸门外，可通过按下方向键左右移动闸门，使得回波被套住。如果此时闸门内回波波幅超出满刻度，则按下功能热键，使得回波波幅处于自动增益门限高度（通常设置为80%）。调整探头位置，确认观察到

6、的闸门内回波是最高波（斜探头是观察圆弧面反射，如图9所示）。此时，也可按下功能热键，来自动搜索最大峰值。确认记录参考1的最高回波之前的仪器界面，如下图所示。按下将记录下参考1的回波,进入下步；按下|通道盟|200.S 囹1=47.5斗0.色SS.S 12S.0退回上步；按下匸退出校准。+8.日日1ZA79.5图 9-12 确认记录参考 1 的最高回波之前的仪器界面图9-13 “记录参考R2”水平菜单按照相同的方法来搜索参考2的最大回波。确认记录参考2的最高回波之前的 仪器界面，如下图所示。按下ED将记录下参考2的回波，进入下步；按下匸匚IF4退回上步；按下退出校准。n通道02 |4亍.GAB十

7、00 .01JSJ_ 5J.J.0 7378.3 1140,0S0-0125,62SC图 9-14 确认记录参考 2 的最高回波之前的仪器界面特别注意：对于斜探头，在找到圆弧R2 （100mm）的最大回波时，用直尺测 量斜探头前端到圆弧R2端面的距离，设为x，则斜探头前沿即为：100 - x。5）自动校零偏计算完成记录参考R1和R2之后，仪器将自动进行校零偏计算。对于斜探头，将显示如下包含输入“探头前沿”的“校零偏结果”对话框：图 9-15 斜探头“校零偏结果”对话框在上述对话框中输入获得的探头前沿值。卜3卜4 卜匕按下退回上步；按下中止校准；按下_ 完成校准。仪器在完成探头零位偏移的自动校准

8、的同时，所使用的材料声速也会随之自动 校准。对于斜探头，在校零偏之后，自动进入校角度/K值。（ 2）校 K 值（角度）探头K值（角度）校准功能只适用于斜探头。一般探头的标称K值（角度） 与实际值有误差。为了在检测时精确定位缺陷的距离，在探头零偏校准后必须对探 头K值（角度）进行校准。按下3功能菜单键，将展开“自动校准”水平菜单。按下子菜单 键，选择“校K值”。校K值时的水平菜单如下图所示。Z00.3P1FI倨偏28ue图 9-16 校 K 值时的水平菜单“校K值”之前的准备工作：1）确认探头零位偏移已经校准好；2）将探头放置在 CSK-IA 试块上，利用 CSK-IA 标准试块中的测试孔作为标

9、 准参考。可使用两种测试孔，一个的孔径为50,孔心离探测面的垂直距离即孔深 为30mm；另一个是孔径为1.5的横通孔。探头放置方式如下图。|* lA 图 9-17 斜探头校 K 值时的探头放置“校 K 值”的操作描述如下：1）调整检测范围按下匚子菜单键，选中“检测范围”菜单项。调节检测范围，使得在 屏幕显示区中可以看到测试孔050.0或01.5的回波处于屏幕可见的合适位置。 如果已经满足上述条件可以不进行此项操作。2）校K值设置图 9-18 “校 K 值设置”对话框在上述对话框中，根据屏幕提示，依次输入/选择：校准方式（手动/自动）角度表示（角度/K值）、标称值、参考孔直径以及参考孔深度。“参

10、考孔直径”与“参考孔深度”的输入值参见下表9-3所示。表9-3 不同测试孔类型校K值时的参考输入0500参考孔01.5参考孔参考孔直径50.0mm1.5mm参考孔深度30mm15mm按下匚I退出校K值设置；按下匚，完成校K值设置，进入校K 值过程。3）自动校K值进入自动校K值之后，水平菜单如下显示：椅测甫围氓回上曲丨中卜槨隹西04砒图 9-19 “记录参考”水平菜单第一步：记录参考孔的最高回波 首先确认测试孔的回波被闸门套住。如果回波在闸门外，可通过按下方向按下键左右移动闸门，使得回波被套住。如果此时闸门内回波波幅超出满刻度，则功能热键，使得回波波幅处于自动增益门限高度（通常设置为80%）。调

11、整探头位置，确认观察到的闸门内回波是最高波，如图4-11所示。此时，也可按下将记录功能热键，来自动搜索最大峰值。按下参考孔的回波，进入下步；按下匕退回上步；按下匚退出校准。第二步：自动进行校K值计算完成记录参考孔之后，仪器将自动进行校 K 值计算，并显示如下的对话框：v校K值黠果振決K值2-29EF31 .退冋F43中止1 LF5J完成十步 務隹图9-20 “校K值结果”对话框卜3 卜4卜5按下退回上步；按下中止校准；按下完成校准。4探伤曲线DAC：称为距离-波幅曲线。由于波束的扩散角和材料中的声衰减，同样大小的天 然反射体的距离变化引起回波高度（当量）发生相应变化。用标准的参考发射体记录下

12、这种变化的曲线，即为DAC曲线，可以作为缺陷的定量参考。（ 1）设置按下叵功能菜单键，进入“曲线”主菜单，如下图所示:D A C制作*图 9-21 未制作曲线的曲线水平菜单制作探伤曲线前的准备工作:1）确保探头已经经过正确的校准；2）确保设置了正确的材料声速；3）确保设置了合适的仪器发射/接收参数；4）确保设置了正确的探头尺寸和探头频率（制作DGS曲线要求）。（2）制作DAC曲线制作DAC曲线使用标准的CSK-IIIA试块，如下图所示。图 9-22 制作 DAC 曲线时的试块和探头放置其操作描述如下：1-21）按下子菜单键，进入DAC曲线制作过程。水平菜单显示如下:删葩围141.4nn中止制作

13、图9-23 “记录参考1 ”水平菜单2）将探头放置在CSK-IIIA试块上，如图9-5所示。对准第一个测试孔（20mm 深的孔），此时首先确认此测试孔回波被闸门套住。如果在闸门外，可通过按下方向键左右移动闸门，使得回波被套住；如果此时闸门内回波波幅超出满刻度，则按 可使得回波波幅处于自动增益门限高度（通常设置为80%）。调整探头 位置确认观察到的闸门内回波是最高波（可以通过峰值记忆功能找准最高波）。此 时，按下记录参考回波1;若按下匸訂子菜单键，将中止制作，屏幕显示 内容为“用户取消了 DAC曲线的制作！的消息对话框。在以上记录参考的步骤中，按下匕口子菜单键，选中“检测范围”菜单项。可调节合适

14、的检测范围，使参考回波处于一个合适的位置。当记录参考之后，本仪器将在参考点右上角显示黄色小箭头，表示参考点位置。 同时每记录一个参考点，将立即绘制部分DAC曲线。3）记录参考回波1之后，水平菜单显示如下：检测腕围1414砒i艮冋卜歩中止制作检碗围141 -斗1HI退冋卜涉中止制作完删作图 9-24 “记录参考 2 及后续参考”水平菜单重复步骤2）记录参考2。制作DAC曲线，至少需要记录2个参考回波，最 多可记录10个参考回波。卜3卜4在以上记录参考的步骤中，按下I子菜单键，将退回上步；按下I子菜单键，将中止制作；按下卫将完成曲线制作。4）当取得足够所需参考回波后，按下上,将完成曲线制作。同时进

15、入“DAC 曲线设置”。3）曲线设置在DAC曲线制作完成之后，将自动进入“曲线设置”对话框。按下也将 选择“曲线设置”，再次按下口3将进入“曲线设置”对话框。7毗15S -图 9-25 “ DAC 设置”对话框 可选探伤标准以及相关设置描述如下：“ JB/T 4730-2005”设置参考试块：CSK-IIA（2x40）、CSK-IIIA（1x6）和 CSK-IVA；板厚：用户必须输入板厚，仪器才能依据“参考试块”和“板厚”来自动设定 评定线EL、定量线SL以及判废线RL的取值；波幅参考：可从评定线EL、定量线SL以及判废线RL中进行选取。5关闭仪器电源，清理现场。五、实验数据处理根据制作完成的DAC母线，按照标准要求作出距离一波幅曲线。六、实验报告要求1、实验日期、名称及实验指导老师；实验者姓名、班级、学号及同组者；2、实验目的；3、实验原理；4、实验原始数据记录（见实验报告书）；5、实验数据处理。