超声波探伤
姓名：王焕友 学号：U201012465 班级：机械（中英）1001班
一、实验目的
1.通过实验了解超声波探伤的基本原理；
2.掌握超声波探伤仪器的各个旋钮的名称、功能和使用方法。
3.了解超声检测仪的使用规范 。
二、实验设备和器材
1.超声检测仪
2.直探头和斜探头
3.耦合剂：甘油
4.试块和试件
三、实验内容
超声波探伤是利用探头发射超声波扫描试件内部，在荧光屏上可得到工件两界面（表面及底面）的反射波，如工件内部有缺陷，则缺陷将产生缺陷反射回波并显示在两界面波之间。缺陷波峰距两界面波之间的距离即缺陷至两界面之间的距离，缺陷大小及性质可按相关标准确定。
1、超声波探伤原理
（1）超声波的传播特性
声波是由物体的机械振动所发出的波动，它在均匀弹性介质中匀速传播，其传播距离与时间成正比。当声波的频率超过20000赫时，人耳已不能感受，即为超声波。声波的频率、波长和声速间的关系是： c （1） f
式中 λ——波长；c——波速；f——频率。
由公式可见，声波的波长与频率成反比，超声波则具有很短的波长。 超声波探伤技术，就是利用超声波的高频率和短波长所决定的传播特性。即：
1）具有束射性（又叫指向性），如同一束光在介质中是直线传播的，可以定向控制。
2）具有穿透性，频率越高，波长越短，穿透能力越强，因此可以探测很深（尺寸大）的零件。穿透的介质超致密，能量衰减越小，所以可用于探测金属零件的缺陷。
3）具有界面反射性、折射性，对质量稀疏的空气将发生全反射。声波频率越高，它的传播特性越和光的传播特性接近。如超声波的反射、折射规律完全符合光的反射、折射规律。利用超声波在零件中的匀速传播以及在传播中遇到界面时发生反射、折射等特性，即可以发现工件中的缺陷。因为缺陷处介质不再连续，缺陷与金属的界面就要发生反射等。如图1
所示超声波在工件中传播，没有伤时，如图1a，声波直达工件底面，遇界面全反射回来。当工件中有垂直于声波传播方向的伤，声波遇到伤界面也反射回来，如图1b。当伤的形状和位置决定界面与声波传播方向有角度时，将按光的反射规律产生声波的反射传播。
图1 超声波在工件中的传播
2、超声波探伤仪的工作原理
超声波探伤仪首先是个超声波发生器，它利用交流电源和振荡电路，产生高频电脉冲，并可根据探伤要求调节脉冲的频率及发射能量。超声波探伤仪还具有将接受到的电脉冲依其能量的大小、时间的先后通过荧光显示屏显示出来的功能。其工作原理示于图2。发生器使示波管产生水平扫描线（一条亮线，代表时间轴），接收放大器使接受到的脉冲信号作用于示波管的垂直偏转板，并按信号收到的时间先后将水平扫描线的相应部位拉起脉冲值。始脉冲是仪器发射出去的原始脉冲信号，伤脉冲是超声波自工件内缺陷处返回的脉冲信号，底脉冲则是超声波自工件底部返回来的脉冲信号。由于超声波在工件内是匀速传播的，因此在工件内走过的路程越长，返回的时间越晚，所以底脉冲要比伤脉冲出现的晚，它们在荧光屏上的水平距离反应了超声波在工件内走过的距离。因此有:
db Iba
则 d
式中:d——工件表面至缺陷的距离。
I——沿探测方向的工件厚度。
b——伤脉冲到始脉冲的扫描刻度。
超声波在介质中传播是有能量衰减的。走过的距离越长，反射回来的能量也越小，表现在接收回来的脉冲高度要减少。如果伤较小，少量超声波自伤处反射回来，将有一个矮的伤脉冲，此时大部分能量抵达工件底面，底脉冲仍较高。如果伤面积很大，则伤脉冲就会高，相应的底脉冲就会很小。如遇到伤很大，或其界面又不垂直于超声波入射的方向（如图1c），则伤脉冲没有（反射波收不到），底脉冲也可能没有。 bI （2） ba
ba——底脉冲到始脉冲的扫描刻度。
图2 探伤仪工作原理示意图
超声波探头是超声波探伤仪的重要附件，工程上所用的探头分为直探头和斜探头两种。探头又叫做换能器，探伤仪发射出来的是高频电脉冲，利用探头上的压电晶体（常用锆钛酸铅）将电脉冲转换成机械振动——超声波。探头又可以将由工件上接收到的超声波转换成电脉冲，输给接收放大电路，再加于示波管上。
3、各旋钮功能
电源开关——用以接通电源。
电源指示灯——用以表示电源接通。
延迟扫描
把同步脉冲信号延迟一段时间再触发时间扫描电路的工作状态，使时间扫描滞后于发射脉冲一段时间，延迟量可用延迟调节旋钮调整。
辉度
调节示波管电子束的发射强度，控制示波屏上时基线与波形的显示亮度。
聚焦
用于调节示波管电子束的聚焦程度，使示波屏上的时基
垂直调节
使时基线在示波屏上作上下移动以达到适合观察的位置。
水平调节
使时基线在示波屏上左右移动达到适合的位置。
增益
包括步进分档式的定量增益旋钮（以分贝为计量单位）和连续可调的非定量增益旋钮（多用作增益微调）。
衰减器
包括粗调（多以6、10或12dB步进分档）和细调（0.5、1或2dB步进分档）。调节接收放大电路的放大倍数，利用衰减器定量控制接收信号的幅度大小。
发射强度
调节发射电脉冲的幅度（发射电压）和持续时间（脉冲宽度），从而控制超声波的辐射功率。 重复频率
调节同步电路单位时间内产生同步脉冲的次数，从而控制单位时间内发射超声脉冲的次数。 抑制
用于抑制杂波、电噪声及材料本底噪声等产生的不必要的干扰信号，以提高信噪比和使波形显示清晰，但也同时降低了检测灵敏度。
深度补偿
用于抑制近区灵敏度，相对地提高远区灵敏度，以提高分辨力和减小有效探测盲区。 深度
调节荧光屏扫描线所代表的探测范围
分为粗调与细调，前者为分档型，后者为连续调整型。相邻分档范围可以相互覆盖。 延迟
用于调节同步脉冲触发信号在时基电路中延迟量的大小。
标记
利用标记旋钮调节其在时基线上的位置，用作探测距离或某个回波位置的标志点。 闸门起位
调节报警闸门（矩形波）前沿（即监视起点）在显示屏时基线上的位置（称为闸门起始位置）。 闸门宽度
调节报警闸门（矩形波）的宽度。
报警灵敏度
调节驱动报警装置的电平阈值 。
报警
探伤仪上用于接通报警电路的开关。
报警输出
把报警信号输送给外部报警装置
工作频率
根据超声波探头的工作频率选定
标尺
控制示波管屏面刻度板照明
探头选择
探头工作模式选择的转换开关
四、实验步骤
1.实验指导
1）指导教师讲解超声检测仪使用注意事项。
2）指导教师借助实验设备讲解超声检测仪的工作原理和各旋钮的功能。
2.学生练习
（1）将超声检测仪、探头、电源线等正确连接，组成超声检测系统。
（2）依次开启总电源、超声检测仪电源，观察、记录仪器显示屏上的显示情况。
（3）将直探头置于涂有耦合剂甘油的CSⅠ型试块上，并对准试块下面的中心孔。（斜探头可选用CSK-ⅠA试块，对准R100的圆弧面）。
（4）调节超声检测仪的衰减器、深度旋钮，观察、记录显示屏上回拨的高度、水平位置的变化，并分析其原因。
（5）在仪器和探头不作调整的情况下，将试块换成同类型不同高度的试块（斜探头可换做探测CSK-ⅠA试块上Φ50孔），再次观察、记录显示屏上回波的变化，并分析其原因。
五、实验结果
六、注意事项
1、探头的保护
探头表面为丙烯树脂，对粗糙表面的重划很敏感，因此在使用中应轻按。测粗糙表面时,尽量减少探头在工作表面的划动。
2、实验过程中，防止摔坏仪器、探头和试块。并注意自身安全。
超声波探伤
姓名：王焕友 学号：U201012465 班级：机械（中英）1001班
一、实验目的
1.通过实验了解超声波探伤的基本原理；
2.掌握超声波探伤仪器的各个旋钮的名称、功能和使用方法。
3.了解超声检测仪的使用规范 。
二、实验设备和器材
1.超声检测仪
2.直探头和斜探头
3.耦合剂：甘油
4.试块和试件
三、实验内容
超声波探伤是利用探头发射超声波扫描试件内部，在荧光屏上可得到工件两界面（表面及底面）的反射波，如工件内部有缺陷，则缺陷将产生缺陷反射回波并显示在两界面波之间。缺陷波峰距两界面波之间的距离即缺陷至两界面之间的距离，缺陷大小及性质可按相关标准确定。
1、超声波探伤原理
（1）超声波的传播特性
声波是由物体的机械振动所发出的波动，它在均匀弹性介质中匀速传播，其传播距离与时间成正比。当声波的频率超过20000赫时，人耳已不能感受，即为超声波。声波的频率、波长和声速间的关系是： c （1） f
式中 λ——波长；c——波速；f——频率。
由公式可见，声波的波长与频率成反比，超声波则具有很短的波长。 超声波探伤技术，就是利用超声波的高频率和短波长所决定的传播特性。即：
1）具有束射性（又叫指向性），如同一束光在介质中是直线传播的，可以定向控制。
2）具有穿透性，频率越高，波长越短，穿透能力越强，因此可以探测很深（尺寸大）的零件。穿透的介质超致密，能量衰减越小，所以可用于探测金属零件的缺陷。
3）具有界面反射性、折射性，对质量稀疏的空气将发生全反射。声波频率越高，它的传播特性越和光的传播特性接近。如超声波的反射、折射规律完全符合光的反射、折射规律。利用超声波在零件中的匀速传播以及在传播中遇到界面时发生反射、折射等特性，即可以发现工件中的缺陷。因为缺陷处介质不再连续，缺陷与金属的界面就要发生反射等。如图1
所示超声波在工件中传播，没有伤时，如图1a，声波直达工件底面，遇界面全反射回来。当工件中有垂直于声波传播方向的伤，声波遇到伤界面也反射回来，如图1b。当伤的形状和位置决定界面与声波传播方向有角度时，将按光的反射规律产生声波的反射传播。
图1 超声波在工件中的传播
2、超声波探伤仪的工作原理
超声波探伤仪首先是个超声波发生器，它利用交流电源和振荡电路，产生高频电脉冲，并可根据探伤要求调节脉冲的频率及发射能量。超声波探伤仪还具有将接受到的电脉冲依其能量的大小、时间的先后通过荧光显示屏显示出来的功能。其工作原理示于图2。发生器使示波管产生水平扫描线（一条亮线，代表时间轴），接收放大器使接受到的脉冲信号作用于示波管的垂直偏转板，并按信号收到的时间先后将水平扫描线的相应部位拉起脉冲值。始脉冲是仪器发射出去的原始脉冲信号，伤脉冲是超声波自工件内缺陷处返回的脉冲信号，底脉冲则是超声波自工件底部返回来的脉冲信号。由于超声波在工件内是匀速传播的，因此在工件内走过的路程越长，返回的时间越晚，所以底脉冲要比伤脉冲出现的晚，它们在荧光屏上的水平距离反应了超声波在工件内走过的距离。因此有:
db Iba
则 d
式中:d——工件表面至缺陷的距离。
I——沿探测方向的工件厚度。
b——伤脉冲到始脉冲的扫描刻度。
超声波在介质中传播是有能量衰减的。走过的距离越长，反射回来的能量也越小，表现在接收回来的脉冲高度要减少。如果伤较小，少量超声波自伤处反射回来，将有一个矮的伤脉冲，此时大部分能量抵达工件底面，底脉冲仍较高。如果伤面积很大，则伤脉冲就会高，相应的底脉冲就会很小。如遇到伤很大，或其界面又不垂直于超声波入射的方向（如图1c），则伤脉冲没有（反射波收不到），底脉冲也可能没有。 bI （2） ba
ba——底脉冲到始脉冲的扫描刻度。
图2 探伤仪工作原理示意图
超声波探头是超声波探伤仪的重要附件，工程上所用的探头分为直探头和斜探头两种。探头又叫做换能器，探伤仪发射出来的是高频电脉冲，利用探头上的压电晶体（常用锆钛酸铅）将电脉冲转换成机械振动——超声波。探头又可以将由工件上接收到的超声波转换成电脉冲，输给接收放大电路，再加于示波管上。
3、各旋钮功能
电源开关——用以接通电源。
电源指示灯——用以表示电源接通。
延迟扫描
把同步脉冲信号延迟一段时间再触发时间扫描电路的工作状态，使时间扫描滞后于发射脉冲一段时间，延迟量可用延迟调节旋钮调整。
辉度
调节示波管电子束的发射强度，控制示波屏上时基线与波形的显示亮度。
聚焦
用于调节示波管电子束的聚焦程度，使示波屏上的时基
垂直调节
使时基线在示波屏上作上下移动以达到适合观察的位置。
水平调节
使时基线在示波屏上左右移动达到适合的位置。
增益
包括步进分档式的定量增益旋钮（以分贝为计量单位）和连续可调的非定量增益旋钮（多用作增益微调）。
衰减器
包括粗调（多以6、10或12dB步进分档）和细调（0.5、1或2dB步进分档）。调节接收放大电路的放大倍数，利用衰减器定量控制接收信号的幅度大小。
发射强度
调节发射电脉冲的幅度（发射电压）和持续时间（脉冲宽度），从而控制超声波的辐射功率。 重复频率
调节同步电路单位时间内产生同步脉冲的次数，从而控制单位时间内发射超声脉冲的次数。 抑制
用于抑制杂波、电噪声及材料本底噪声等产生的不必要的干扰信号，以提高信噪比和使波形显示清晰，但也同时降低了检测灵敏度。
深度补偿
用于抑制近区灵敏度，相对地提高远区灵敏度，以提高分辨力和减小有效探测盲区。 深度
调节荧光屏扫描线所代表的探测范围
分为粗调与细调，前者为分档型，后者为连续调整型。相邻分档范围可以相互覆盖。 延迟
用于调节同步脉冲触发信号在时基电路中延迟量的大小。
标记
利用标记旋钮调节其在时基线上的位置，用作探测距离或某个回波位置的标志点。 闸门起位
调节报警闸门（矩形波）前沿（即监视起点）在显示屏时基线上的位置（称为闸门起始位置）。 闸门宽度
调节报警闸门（矩形波）的宽度。
报警灵敏度
调节驱动报警装置的电平阈值 。
报警
探伤仪上用于接通报警电路的开关。
报警输出
把报警信号输送给外部报警装置
工作频率
根据超声波探头的工作频率选定
标尺
控制示波管屏面刻度板照明
探头选择
探头工作模式选择的转换开关
四、实验步骤
1.实验指导
1）指导教师讲解超声检测仪使用注意事项。
2）指导教师借助实验设备讲解超声检测仪的工作原理和各旋钮的功能。
2.学生练习
（1）将超声检测仪、探头、电源线等正确连接，组成超声检测系统。
（2）依次开启总电源、超声检测仪电源，观察、记录仪器显示屏上的显示情况。
（3）将直探头置于涂有耦合剂甘油的CSⅠ型试块上，并对准试块下面的中心孔。（斜探头可选用CSK-ⅠA试块，对准R100的圆弧面）。
（4）调节超声检测仪的衰减器、深度旋钮，观察、记录显示屏上回拨的高度、水平位置的变化，并分析其原因。
（5）在仪器和探头不作调整的情况下，将试块换成同类型不同高度的试块（斜探头可换做探测CSK-ⅠA试块上Φ50孔），再次观察、记录显示屏上回波的变化，并分析其原因。
五、实验结果
六、注意事项
1、探头的保护
探头表面为丙烯树脂，对粗糙表面的重划很敏感，因此在使用中应轻按。测粗糙表面时,尽量减少探头在工作表面的划动。
2、实验过程中，防止摔坏仪器、探头和试块。并注意自身安全。