1、超声波仪器、探头和试块超声波仪器、探头和试块第一节 超声波探伤仪 一、概述1、仪器的作用2、仪器的分类脉冲波脉冲波连续波连续波调频波调频波A型显示型显示B型显示型显示C型显示型显示单通道单通道多通道多通道二、超声波探伤仪工作原理 A型显示探伤仪型显示探伤仪 TBF主要组成部分及作用主要组成部分及作用 同步电路：同步电路：扫描电路：扫描电路：发射电路：发射电路：接收电路：接收电路：显示电路：显示电路：电源：电源：同步电路同步电路产生数十至数千个脉冲，产生数十至数千个脉冲，触发探伤仪扫描电路和发射电路触发探伤仪扫描电路和发射电路接收电路接收电路 由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成由衰减
2、器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成主要控制旋钮及功能主要控制旋钮及功能 数字探伤仪的特征与应用数字探伤仪的特征与应用 常用的常用的A扫描数字超声仪，稳定性好，扫描数字超声仪，稳定性好，使用方便使用方便第二节 测厚仪 测厚仪的工作原理、种类和应用测厚仪的工作原理、种类和应用 共振式共振式可测厚度下限小，精度较高可测厚度下限小，精度较高脉冲反射式脉冲反射式是目前常用的测厚仪是目前常用的测厚仪兰姆波式兰姆波式应用较少应用较少超声仪器使用要点(1) 开启电源开启电源 (2) 工件测厚工件测厚(3) 测入射点测入射点 (4) 测折射角测折射角(5) 扫描比例扫描比例 (6) DAC曲线曲线(7)
3、粗探在先粗探在先 (8) 细探在后细探在后(9) 指示长度指示长度 (10) 平行检查平行检查(11)校准两点校准两点 (12) 关机清场关机清场第三节 探头 探头的作用、原理探头的作用、原理 一、压电效应一、压电效应某些晶体材料在交变拉压某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之，当晶体材料在交变电场压电效应。反之，当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、逆压电效应通称为压电效应。效应。正、逆压电效应通称为压电效应。二、压电材料主要性能二、压电材料主要性能压电应变常
4、数压电应变常数d33压电电压常数压电电压常数g33介电常数介电常数机电耦合系数机电耦合系数K机械品质因子机械品质因子m 频率常数频率常数N居里温度居里温度Tc超声波探头对晶片的要求超声波探头对晶片的要求机电耦合系数机电耦合系数K较大，以便获得较高的转换效率；较大，以便获得较高的转换效率；机械品质因子机械品质因子m较小，以便获得较高的分辨率和较小的盲区；较小，以便获得较高的分辨率和较小的盲区；压电应变常数压电应变常数d33和压电电压常数和压电电压常数g33较大，以便获得较高的发射、接收较大，以便获得较高的发射、接收灵敏度；灵敏度；频率常数频率常数N较大，介电常数较大，介电常数较小，以便获得较高的
5、频率；较小，以便获得较高的频率；居里温度居里温度Tc较高，声阻抗较高，声阻抗Z适当适当三、探头种类 和结构直探头直探头斜探头斜探头 表面波探头表面波探头 双晶探头双晶探头聚焦探头聚焦探头高温探头高温探头 、电磁探头、电磁探头探头种类 和结构探头种类 和结构探头种类 和结构探头种类 和结构聚焦探头的焦距聚焦探头的焦距F F = c1r/(c1-c2)=nr/(n-1) n=c1/c2 对于有机玻璃声透镜和水对于有机玻璃声透镜和水 F=2.2r 实际焦距实际焦距 F=F L(c3/c2-1)探头型号的组成基本频率第四节 试块 试块的用途试块的用途 1.确定探伤灵敏度确定探伤灵敏度2.测试仪器和探头
6、的性能测试仪器和探头的性能3.调整扫描速度调整扫描速度4.评判缺陷的大小评判缺陷的大小试块的试块的 分类分类1. 按试块来历分按试块来历分a)标准试块标准试块b)参考试块参考试块2. 按试块上人工反射体分按试块上人工反射体分a)平底孔试块平底孔试块b)横孔试块横孔试块c)槽形试块槽形试块IIW（荷兰试块）（荷兰试块）GB/T11345-89标准采用的试块有：标准采用的试块有：CSK-A CSK-A CSK-A RB-1 、2 、3 JG/T203-2007标准采用的试块有：标准采用的试块有：CSK-B CSK-A RB-1 CSK-ICi CSK-ICj JB/T4730.3-2005标准采用
7、的标准试块有：标准采用的标准试块有：（1）钢板用标准试块：）钢板用标准试块：CB、CB（2）锻件用标准试块：）锻件用标准试块：CS、CS、CS（3）焊接接头用标准试块：）焊接接头用标准试块：CSK-A 、 CSK-A、 CSK-A、CSK-A对比试块对比试块是用于检测校准的试块；对比试块是用于检测校准的试块；对比试块的外形尺寸应能代表被检工件的对比试块的外形尺寸应能代表被检工件的特征，试块厚度应与被检工件的厚度相对特征，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。如果涉及到两种或两种以上不同厚度应。如果涉及到两种或两种以上不同厚度部件焊接接头进行检测时，试块的厚度由部件焊接接头进行检测时，试块的厚度由其
8、最大厚度来确定。其最大厚度来确定。第五节 仪器和探头的性能及其测试 仪器的性能及其测试仪器的性能及其测试 1.水准线性水准线性2.垂直线性垂直线性3.动态范围动态范围4.衰减器精度衰减器精度 1.水准线性水准线性 = 100%2.垂直线性垂直线性 3.D=（ d1 + d2 ） 3.动态范围动态范围 将满幅度将满幅度100%某波高用衰减器衰减到刚能识别的最小值时所需衰减某波高用衰减器衰减到刚能识别的最小值时所需衰减的的dB值值 *这时抑制为这时抑制为04.衰减器精度衰减器精度 任意相邻任意相邻12dB误差误差1 1dB 可以用直探头探测试块内同声程的可以用直探头探测试块内同声程的2和和 4平底
9、孔，用衰减器将回平底孔，用衰减器将回波其调至同一高度，此时衰减器的调节量与波其调至同一高度，此时衰减器的调节量与12dB的查值即为衰减的查值即为衰减器误差器误差JG/T203-2007对仪器的规定对仪器的规定JB/T4730.3-2005对仪器的规定对仪器的规定探头的性能及其测试探头的性能及其测试1.入射点入射点2.K值值3.声束轴线偏离与双峰声束轴线偏离与双峰4.声束特性声束特性入射点与入射点与K值测定值测定声束轴线偏离与双峰测定声束轴线偏离与双峰测定仪器和探头的综合性能及其测试仪器和探头的综合性能及其测试1.灵敏度余量灵敏度余量 指仪器最大输出时，使规定发射体达基准波高所需衰减的衰减总量指
10、仪器最大输出时，使规定发射体达基准波高所需衰减的衰减总量仪器和探头的综合性能及其测试仪器和探头的综合性能及其测试2.盲区与始脉冲宽度盲区与始脉冲宽度仪器和探头的综合性能及其测试仪器和探头的综合性能及其测试3.分辨力分辨力A、B、C不能分开时不能分开时 F=(91-85)a/(a-b)=6a/(a-b)A、B、C能分开时能分开时 F=(91-85)c/a=6c/a仪器和探头的综合性能及其测试仪器和探头的综合性能及其测试3.分辨力分辨力 X=20lg仪器和探头的综合性能及其测试仪器和探头的综合性能及其测试4.信噪比信噪比 显示屏上有用的最小缺陷信号幅度显示屏上有用的最小缺陷信号幅度与无用的噪声杂波
11、幅度之比与无用的噪声杂波幅度之比JG/T203-2007对探伤仪、探头和系统性能的规定（1）探伤仪性能探伤仪性能 a）工作频率：工作频率：0.5MHz10MHz b）垂直线性：在荧光屏满刻度的垂直线性：在荧光屏满刻度的80%范围内呈线性，误差不大于范围内呈线性，误差不大于5% c）水平线性：误差不大于水平线性：误差不大于1% d）衰减器：衰减器：80dB以上连续可调，步进级每档不大于以上连续可调，步进级每档不大于2dB，精度为任，精度为任意相邻意相邻12dB误差在误差在1dB以内，最大累计误差不大于以内，最大累计误差不大于1dBJG/T203-2007对探伤仪、探头和系统性能的规定（2）探头探
12、头 a）晶片面积一般不应大于晶片面积一般不应大于500mm2，且任一边长原则上不大于，且任一边长原则上不大于25mm b）单斜探头声束轴线水平偏离角不应大于单斜探头声束轴线水平偏离角不应大于2，主声束垂直方向不应，主声束垂直方向不应有明显的双峰有明显的双峰JG/T203-2007对探伤仪、探头和系统性能的规定（3）超声探伤仪和探头的系统性能超声探伤仪和探头的系统性能 a）在达到所探工件的最大检测声称时，其有效灵敏度余量应不小于在达到所探工件的最大检测声称时，其有效灵敏度余量应不小于10dB b）仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于10% c）仪器和直探头组合的始脉冲宽度（在基准灵敏度下）仪器和直探头组合的始脉冲宽度（在基准灵敏度下） 对于频率为对于频率为5MHz的探头，宽度不大于的探头，宽度不大于10mm 对于频率为对于频率为2.5MHz的探头，宽度不大于的探头，宽度不大于15mm d）直探头的远场分辨力应不小于直探头的远场分辨力应不小于30dB 斜探头的远场分辨力应不小于斜探头的远场分辨力应不小于6dB
