超声检测设备和器材包括超声波检测仪

第三章超声波检测超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫查装置等。超声检测仪和探头对超声检测系统的性能起着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号进行接收、处理、显示的部分。由这些设备组成一个综合的超声检测系统，系统的总体性能不仅受到各个分设备的影响，还在很大程度上取决于它们之间的配合。随着工业生产自动化程度的提高，对检测的可靠性、速度提出了更高的要求，以往的手工检测越来越多地被自动检测系统取代。第三章超声波检测第二节超声检测设备超声波检测仪是超声检测的主体设备，是专门用于超声检测的一种电子仪器。它的作用是产生电振荡并加于换能器——探头，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大处理后以一定方式显示出来，从而得到被探测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。第三章超声波检测一、超声波检测仪第二节超声检测设备（一）超声波检测仪及其分类1.按超声波的连续性分三种类型：(1)脉冲波检测仪：应用最为广泛(2)连续波检测仪：用于超声显像和测厚(3)调频波检测仪：适用于检查与探测面平行的缺陷第三章超声波检测一、超声波检测仪第二节超声检测设备2.按仪器的显示主要分三种类型：根据反射的显示方式及显示内容又可分为A显、B显、C显三种类型；A型主要显示反射面在试件中的埋藏深度及反射信号的幅度，B型主要显示反射面在试件纵截面上的分布，C型则主要显示反射面在平面视图上的分布。（一）超声波检测仪及其分类第三章超声波检测一、超声波检测仪第二节超声检测设备第三章超声波检测第三章超声波检测第三章超声波检测3.按信号输出方式分：模拟型和数字型模拟仪CTS－22型数字仪CTS－9002型（一）超声波检测仪及其分类第三章超声波检测4.按被检工件的材质分两种类型：金属检测仪:频率在0.5～20MHz非金属检测仪：频率小于1MHzCTS－45型（一）超声波检测仪及其分类第三章超声波检测一、超声波检测仪第二节超声检测设备5.按通道分两种类型：单通道和多通道CTS－8006型数字型多通道超声波探伤仪（6通道）（一）超声波检测仪及其分类第三章超声波检测1.模拟仪的基本结构A型显示的示波屏横坐标代表超声波传播时间（或传播距离），纵坐标代表波幅。探伤时根据缺陷波的水平刻度和波高来对缺陷进行定位和定量。动画演示（二）A型显示脉冲反射式超声波检测仪第三章超声波检测一、超声波检测仪第二节超声检测设备2.基本电路的组成：同步电路、发射电路、接收电路、时基电路、显示器、电源和超声波换能器等几个部分组成3.检波输出、射频输出比较（二）A型显示脉冲反射式超声波检测仪第三章超声波检测同步电路：产生同步脉冲信号，以同步触发发射电路、时基电路及闸门电路等部分，以便在显示屏上稳定地显示所需观察的超声回波脉冲。发射电路：产生高压（负）脉冲，激励超声波换能器产生高频振荡，从而形成脉冲超声波。接收电路：超声探头接收到的超声信号经压电晶片转换为电信号，经接收电路放大后显示在示波器上。主要由衰减器、高频放大器、检波和视频放大器等几个部分组成。时基电路：方波形成电路和锯齿波形成电路。产生的电压波加到示波管的X偏转板上，以便光点从左到右重复扫描，从而形成脉冲回波显示。（二）A型显示脉冲反射式超声波检测仪第三章超声波检测工作频率范围0.5～10MHz衰减器80dB，（20dB×2、2dB×20）垂直线性误差≤5%动态范围≥30dB扫描范围10～5000mm（钢纵波）最小探测距离配用5N14窄脉冲探头≤3mm远场分辨率≥30dB（2.5P20-D探头）脉冲移位范围0～400mm（钢纵波）灵敏度余量≥46dB(2.5P20-D发现200mm-φ2平底孔)近区探伤能力5N14窄脉冲探头发现3mm-φ2平底孔外形尺寸（L*W*H）300*254*100（mm）电源交流198～242V，直流：10.5～14.5V工作环境温度0℃－40℃4.主要性能指标：主要技术参数垂直线性误差:反射波高与接收信号电压成正比关系的程度垂直线性好坏影响对缺陷的定量分析。水平线性误差:反射波距离与反射体距离成正比关系的程度水平线性好坏影响对缺陷的定位。动态范围:反射波高度从满幅降到消失时仪器衰减器的变化范围。动态范围越大，对小缺陷的检出能力强。（二）A型显示脉冲反射式超声波检测仪第三章超声波检测（二）A型显示脉冲反射式超声波检测仪第三章超声波检测水平线性的测试a)试块b)显示性能特点适用于单面检测，如压力容器，管道等很难双面放置探头可以准确地确定缺陷的深度灵敏度远高于其他方法可同时探测不同深度的多个缺陷，并分别定位，定量，定位适用范围广（二）A型显示脉冲反射式超声波检测仪第三章超声波检测应根据探测要求和现场条件，（1）定位要求高时，应选择水平线性好的仪器（2）定量要求高时，应选择垂直线性好、衰减器精度高的仪器（3）检测大厚度试件或高衰减材料时，选择发射功率大、灵敏度余量高，信噪比高、能提高穿透能力和小缺陷显示能力。（4）为有效发现近表面缺陷和区分相邻缺陷，应选盲区小、分辨力高仪器（5）室外现场检测时，应选择重量轻，荧光屏亮度好，抗干扰能力强的便携式超声波检测仪。第三章超声波检测一、超声波检测仪第二节超声检测设备1.压电效应（电致伸缩）的物理意义：正压电效应；某些晶体材料在交变应力作用下，产生交变电场的效应。逆压电效应：当晶体材料在交变电场的作用下产生伸缩变形的效应。正、逆压电效应统称为压电效应。压电效应第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备压电效应2.实际超声探伤中压电晶片的工作过程超声波探伤中，当高频电脉冲激励压电晶片时，发生逆压电效应，将电能转化为声能（机械能），发射超声波；当探头接收超声波时，发生正压电效应，将声能转换（机械能）为电能，接收超声波。第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备3.从晶体结构上看压电效应产生的机理(1)压电单晶体:工业探伤用的压电单晶体有石英、酒石酸钾钠、硫酸锂、铌酸锂等。压电效应第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备晶片在正常情况下，呈中性。当晶体受到拉压应力时，使正、负电荷中心不重合。从而在晶体表面上出现正负游历电荷，这就是正压电效应。反之如果在晶体表面极板上施加正负电荷，晶体就会产生伸缩变形，即逆压电效应。第三章超声波检测图4-11压电效应原理图xy1+23+45+6Si+O2O1+23+45+6OABF++++____1+23+45+6A____B++++FCD(2)压电陶瓷：目前应用最广泛的压电陶瓷为钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。以BaTiO3为例，当温度高于某一定温度时，它属于立方晶系。不显电性；而当温度低于居里点时，它的晶胞为四方晶系。产生自发极化的晶胞或电畴就像压电单晶体一样，具有压电性第三章超声波检测1、探头的种类(1)根据产生波型的不同：探头可分为纵波探头（纵波直探头纵波斜探头）、横波探头（斜探头、斜角探头）、爬坡探头和表面波探头等(2)按入射声束方向：直探头和斜探头(3)根据耦合方式分为：接触探和液浸探头。(4)根据晶片数不同分为：单晶探头和双晶探头(5)根据波束分为：聚焦探头和非聚焦探头(6)按频率分：宽频带探头和窄频带探头(7)按使用环境分：常规探头和特殊用途探头（高温探头、可变角度探头、微型探头）第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备2、探头的结构1)直探头:用于发射和接收垂直入射的纵波，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如板件、锻件探伤等。主要由压电晶片、保护膜、吸收块（阻尼块）、保护膜、电缆接头和外壳等部分组成。第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备2)斜探头:横波斜探头是利用横波探伤，主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝探伤、汽轮机叶轮探伤等。斜探头实际上是由直探头加透声斜楔组成。2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备3)表面波探头:表面波探头是斜探头的一个特例。它用于产生和接收表面波。表面波一般用于探测表面或近表面缺陷。其结构与斜探头相同，唯一的区别是斜楔入射角的不同。4）双晶探头：双晶探头有两块压电晶片，一个用于发射超声波，一个用于接收超声波，主要用于探测表面缺陷。优点：①探测灵敏度高；②杂波少盲区小；③工件中近场区长度小；④探测范围可调2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备5)可变角度探头：探伤时，有时需要用不同入射角的探头，重复探伤。为了避免更换探头起见，可以使用可变角度探头。2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备6）聚焦探头：可将超声波聚焦成细束，大幅度的改善声束指向性，在焦点处声能集中，可提高检测灵敏度和分辨率。在水浸法探伤中，调整入射角可在工件中产生横波、表面波或兰姆波。2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备7）其他轮式探头垂直入射横波探头2、探头的结构第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备3、探头型号的命名方法1）型号的组成项目：基本频率＋压电材料＋晶片尺寸＋种类＋特征2）基本频率：用阿拉伯数字表示，单位MHz。3）压电材料：压电材料用化学元素的缩写符号表示（石英单晶用Q表示）锆钛酸铅:P钛酸钡：B钛酸铅：T铌酸锂：L碘酸锂：I石英：Q4）晶片尺寸：用阿拉伯数字表示，单位mm。其中：圆形晶片用直径表示；方形晶片用长×宽表示；分割探头晶片用分割前的尺寸表示。第三章超声波检测第二节超声检测设备3、探头型号的命名方法5）种类用一个或者两个汉语拼音字母作为代号。其中直探头可不标出。直探头：Z斜探头（用k表示）：K水浸探头：SJ斜探头（用折射角表示）：X表面探头：BM分割探头（双晶探头）：FG可变角探头：KB6）特征7）举例第三章超声波检测第二节超声检测设备信噪比：界面反射波幅与最大杂波幅度之比，越大越好灵敏度余量：探测一定深度和尺寸的反射体时，当其反射波波幅被调节到检测仪示波屏指定高度时，检测仪所剩余的放大能力，以此时的衰减器读数表示。始波宽度：反射脉冲的持续时间。始波宽度越大，探头和仪器组合的盲区越大，检测近表面缺陷的能力差盲区：探测面附近不能探测缺陷的区域，以探测面到所能探出缺陷的最小距离表示，要求越小越好。分辨力：在声束作用范围内，在仪器示波屏上能够把两个相邻缺陷作为两个发射信号区分开的能力。有横向和纵向分辨率第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备4、探头与仪器的组合性能第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备4、探头与仪器的组合性能始脉冲宽度用盲区试块测盲区第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备4、探头与仪器的组合性能图4-34直探头分辨力测试a)测试位置b)显示第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备4、探头与仪器的组合性能远场分辨力a)仪器与直探头远场分辨力的测定：①[抑制]至“0”，探头置于图4-34a所示的CSK-IA试块Ⅲ处，左右移动探头，使示波屏上出现85、91、100三个反射回波A、B、C，如图4-34b所示，则波峰和波谷的分贝差20lg(a/b)表示分辨力。②JB/T4730.3-2005中规定，直探头远场分辨力≥30dB。第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备4、探头与仪器的组合性能斜探头分辨力测定a)测试位置b)显示第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备仪器与斜探头分辨力的测定：①斜探头置于图4-35a所示的CSK-IA试块上，对准φ50、φ44、φ40三阶梯孔，使示波屏上出现三个反射波。②平行移动探头并调节仪器，使φ50、φ44回波等高，如图3-35b，其波峰为hl，波谷为h2，则其分辨力1220lg()hXdBh实际测试时用[衰减器]将h1衰减到h2，其衰减量N为分辨力，即X=NdB。JB/T4730.3-2005中规定，斜探头远场分辨力≥6dB。第三章超声波检测二、超声波探头第二节超声检测设备4、探头