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超声波探伤（试用本）（Ⅱ、Ⅲ级教材）第三章仪器、探头、试块超声波探伤重要设备了解设备：原理、构造、作用、性能第一节超声波探伤仪一、超声波探伤仪概述1、仪器的作用：超声波探伤的主体设备。作用：产生电振荡加于探头，激励探头发射超声波。并可将探头送回的电信号进行放大，在仪器屏幕上显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷、缺陷位置、缺陷大小等信息。2、仪器的分类（1）按缺陷的显示方式分类A型显示（波型显示）屏幕横坐标—声波传播时间（缺陷位置）屏幕纵坐标—反射波幅度（缺陷当量大小）B型显示（图象显示）屏幕横坐标—探头机械扫查轨迹屏幕纵坐标—声波传播时间显示被检工件纵截面缺陷分布及深度（显示工件纵截面）（此处插图）C型显示（图象显示）屏幕横、纵坐标—探头在工件表面位置缺陷信号—密集光点（显示缺陷横截面图象）（此处插图）（2）按超声波的连续性分类：探头向工件发射的超声波类型脉冲波式（周期性、发射不连续、频率不变）超声波传播时间—判断工件中缺陷位置超声波反射波幅度—判断工件中缺陷当量大小连续波式（连续发射、频率不变）灵敏度低、不能对缺陷定位应用：超声显像、超声共振测厚调频波式（连续发射频率周期性变化超声波）根据发射波、反射波、差频变化判断工件质量适宜检查与探伤面平行的缺陷（3）按超声波的通道分类单通道探伤仪（模拟机）一个或一对探头工作，使用方法、标准、灵敏度、探头变化工件变化都必须重新调整仪器。多通道探伤仪：每个通道可以用一个或一对探头工作，在每个通道中分别储存不同方法，不同灵敏度的不同参数，做好准备工作，在现场可以根据需要转换通道变换方法、探头，非常方便地进行探伤方式转换。通常数字式超声波探伤仪都是多通道。目前CTS-22、CTS-23、CTS-26为模拟式A型脉冲反射式超声波探伤仪。PXUT-350+、TS-2007L、CTS-2000为数字式A型脉冲反射式超声波探伤仪。HS610e二、A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理（模拟机）（理论考试仪器内容）1、仪器方框图电路的每一部分用一方框表示，各方框用线条连接起来表示电路各部分之间的工作关系—方框图。超声波探伤仪六个主要部分：①同步电路②扫描电路③显示电路④发射电路⑤接收放大电路⑥电源电路A型脉冲反射式超声波探伤仪电路方框图2、仪器主要组成部分作用（总图+插图）（1）同步电路（仪器心脏）作用：周期性地发出触发脉冲（数十—数千/每秒）触发扫描电路、发射电路等步调一至地工作。电路：由射极耦合定时自激多谐振荡器构成。“振荡频率可以调整”→脉冲重复频率。产生矩形波经微分电路变成一对正、负脉冲。正脉冲→使发射电路工作负脉冲→使扫描电路工作同步电路出了故障，仪器不工作。相关旋钮：脉冲重复频率f（每秒钟扫描次数）↑探头移动快，探测深度↓，荧光屏扫描线亮度↑，波低。f（每秒钟扫描次数）↓，探头移动慢，探测深度↑，荧光屏扫描线亮度↓，波高。（2）扫描电路（时基电路）组成：扫描闸门发生器、锯齿波发生器、锯齿波放大器扫描电路工作原理：扫描闸门发生器接收同步信号，开始工作，给锯齿波发生器发出矩形波触发信号，锯齿波发生器产生锯齿波信号，送至锯齿波放大器，锯齿波放大器发出正负双向、线性良好的锯齿波电压，输至显示电路中阴极射线管的水平偏转板上，使示波管阴极发出的电子束沿水平方向自左向右水平匀速扫描，在超声波探伤仪示波屏上产生：水平扫描线锯齿波电压高度（扫描线长度）锯齿波斜率（代表扫描时间）U：决定扫描线长度t：决定扫描时间（工件薄，声程短，扫描时间短）（工件厚，声程长，扫描时间长）相关旋钮：深度粗调旋钮深度微调旋钮探伤中根据工件厚度，先选适当粗调档，然后调微调，使参考波间距适当，然后调水平移位，将两波固定在仪器屏幕相应位置，使仪器水平刻度每一格代表一定工件中声程的距离。（3）发射电路（发射管易损坏）P88电路发射作用原理：发射强度（谐振电路）可控硅受同步脉冲控制。可控硅未导通时，电源E通过电阻R向电容C充电，充满为止。可控硅受同步电路正脉冲触发后导通，那么电容C通过可控二极管（可控硅）急速放电，同时由探头、电感线圈，发射强度可调电阻，及电容C组成的谐振电路产生高频振荡，高压可达几百、上千伏，加于探头压电晶片，使之产生高频机械伸张和收缩→发出超声波（逆压电效应）传入被探工件。有关旋钮发射强度旋钮：是一个与探头并连的可调电阻。R0↑发射强度↑，R0↓发射强度↓。（4）接收放大电路组成：衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器电路示意图作用：将来自探头的电信号，经衰减器调节将适当幅度的信号输入给高频放大器，进行放大，一般4级放大电路可将信号放大1-10万倍，输出与输入信号比差。dB=20lg为80-100dB入出UU将几微伏的电信号放大到上百伏。然后将放大信号进行检波倒向，然后经抑制电路到视频放大器进行放大调整，最后加至显示电路示波管的垂直偏转板上，并在荧光屏上显示超声回波波形。接收放大器功能影响仪器：垂直线性（输入与输出成比例程度）、动态范围（信号放大范围）、探伤灵敏度（放大能力）、分辨力（区分相邻信号能力）相关旋钮（1）衰减器增益旋钮（高频放大器放大倍数可调电阻）抑制旋钮（给被放大的信号电压加一直流电压，去掉材料晶界、电路噪声引起的低压杂乱信号电压）检波（22型仪器面板无）使被放大的信号电压转变成视频信号，以检波的形式显示出来。（5）显示电路（示波器及外围电路）显示电路主要由示波管及外围电路组成示波管：电子枪、控制栅、聚焦极、偏转板（水平、垂直）加速阳极、荧光屏组成。作用：把时基线和反射波共同组成的探伤波形显示出来。工作原理：涂有特殊材料的阴极被灯丝加热后，发射出热电子，电子被带正高压电的阳极吸引，加速飞向荧光屏。阴极前面有一个圆筒形的控制栅极，它的作用是控制电子流的强度（控制栅极电压↑，电子流强度↓，荧光屏辉度↓，反之则↑）从而控制荧光屏的亮度。聚焦极和辅助聚焦极，除加速作用外主要起聚焦作用。电子经聚焦后，形成有一定速度的细电子束。电子束经过两组互相垂直的偏转板（水平偏转板和垂直偏转板）打在荧光屏上。电子落在荧光屏上的位置受垂直、水平偏转板电压的双重控制。A型显示：锯齿电压加在水平偏转板上，反射信号加在垂直偏转板上。偏转板上还加有直流电压（如水平移位、垂直移位），改变、调整波形位置。（水平偏转板）（垂直偏转板）相关旋钮：①聚焦旋钮（辅助聚焦）②水平旋钮（加在水平偏转板上直流电压）③垂直旋钮：加在垂直偏转板上的直流电压，可使水平扫描线在荧幕上下移动。22型仪器面板无此旋钮（在内部）④辉度旋钮（22型仪器在内部），控制栅极电压。一般辉度调整后，应重新调节聚焦。（6）电源电路作用：给探伤仪各部分电路提供适当的电能（电流、电压），使整机电路工作。工件原理：将220V电源电压、经变压、整流、稳压、逆变等，产生不同种类（高低压、交直流）电压、电流，满足各种电路需要。另外，充电器可给仪器配备的直流12V电池充电后，供仪器使用。仪器使用电压种类有：±15V、-6.3V—700V、+500V、+160V、+110V、±1250V3、仪器的工作过程，按方框图简要说明同步电路产生的触发脉冲同时加至扫描电路和发射电路。扫描电路受触发开始工作，产生锯齿波扫描电压，加至示波管水平偏转板，使电子束发生水平偏移，在荧光屏上产生一条水平扫描线。与此同时，同步电路产生的触发脉冲触发发射电路产生高频窄脉冲，一部分直接进入仪器放大电路（单探头法）形成始脉冲，一部分加至探头，激励压电晶片振动产生超声波传入工件，迂到缺陷或底面发生反射，返回探头时，又被压电晶片转变为电信号，经接收电路衰减、放大、检波等，加至示波管垂直偏转板上使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的水平、深度位置，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷的当量大小。三、22型仪器主要开关旋钮及其调整P91图4-121、工作方式选择旋钮相关电路：发射电路，发射电路与放大电路间连接电路。位置工件方式选择钮，共三档作用：选择探测方式“单探”或“双探”调整：左第一档“单探头发射强度”固定档，使用单探头探伤，发射强度固定不可调节，仪器有较高的灵敏度和分辨率。该档标志（此处插图）。采用此档仪器内部发射电路与接收放大电路相连，探头可接于发射插座与接收插座任一插座。左第二档“单探头发射强度可调档”，也是用单探头探伤，但可根据需要调节发射强度，使仪器的探伤灵敏度大小变化，同时仪器的分辨率也发生变化。该档标志（此处插图）。采用此档，探头亦可连仪器任一插座。最右一档“双探头探伤档”。该档标志。采用双探头一发、一收探伤方法时使用。注意，此时仪器电路内部发射电路与接收放大电路断开。探头连接时，专用的发射探头接“1”发射插座，接收探头接“2”接收插座。探伤时，工作方式档通常选用“单探头固定发射强度”即左第一档。2、发射强度旋钮。此旋钮为发射电路的一个与探头并连的可调电阻。作用：改变仪器的发射脉冲功率从而改变仪器的发射强度。调整：可调电阻（发射强度钮）电阻值加大发射强度增大，仪器灵敏度↑，但脉冲变宽、分辨力变差。通常在探伤灵敏度满足情况下，发射强度钮尽量放在较低位置（不用或较低）3、衰减器作用：调节（定量）探伤灵敏度和测量回波幅度，测量材料衰减大小。属定量、非连续性调节位置。电阻群。“5”粗调每档20dB，2档“6”细调每档2dB，共20档总计80dB相关电路：接收放大电路前部，控制信号输入的大小。组成：由π型或T型电阻群构成粗调20dB1档，细调每档2dB总计信号衰减80dB（按图示）衰减器读数大，输出信号↓（衰减器给放大器）衰减器读数小，输出信号↑调整探伤灵敏度：衰减器读数大，仪器灵敏度低，小缺陷看不到（反面讲）测量回波幅度时：（固定波高）衰减器读数大，缺陷当量大。（反面亦讲）总衰减量80dB，80dB=20lg=1041万4、增益旋钮可调电位器：放大器发射极交流负反馈电阻（可调）相关电路：放大电路发射极交流负反馈电阻。入出UU入出UU旋钮位置：作用原理：改变高频放大器的信号放大倍数，从而连续改变探伤仪的灵敏度。使用：①调整探伤灵敏度②用衰减器调整探伤灵敏度，不能正好使波高达基准波高时，可用增益协助平滑调整使波高达基准波高。注意：探伤灵敏度调整确定后，不能再使用“增益”调波高，破坏调整好的探伤灵敏度。◆《增益旋钮》控制量约8dB。焊缝探伤仪器调整注意事项（定位、定量探伤）：①能固定的固定（深度粗、细调脉冲移位）②记住数值（衰减器）③调到极限（增益）④不该用的不用（抑制）。一般不用抑制。5、抑制旋钮相关电路：高频放大器信号检波后加一直流电压。旋钮位置：调整方法：用小螺丝刀将“沉头”电位器左（小）、右（大）旋转，调整抑制大小。作用原理：给放大信号加一直流电压，从而去掉荧光屏上不必要的材料晶界、电路噪声造成的杂乱反射波，使荧光屏上显示反射波清晰。注意：①使用抑制可能漏掉小缺陷②使用抑制破坏仪器垂直线性，减小动态范围。③除非十分必要，一般不使用“抑制”。6、深度粗调旋钮相关电路：扫描电路的大电容器。旋钮位置：调整方法：根据不同工件的探测范围调整不同档位。通常分：10mm、50mm、250mm、1m几档，其标识数值是钢纵波探测深度值，每档调整范围是其所标数值的5倍左右。作用原理：调整深度粗调，能使扫描电路锯齿波发生器充电电容大小变换，从而大幅度地改变扫描线同一长度的扫描的持续时间。即改变扫描线的探测范围。注意：深度粗调旋钮各档间相互覆盖，要根据横波、纵波、探测范围合理选用粗调档。另外：22型仪器深度粗调档与同步电路脉冲重复频率同轴调节。探测范围大→重复频率低→扫描线暗探测范围小→重复频率高→扫描线亮7、深度细