实验八超声波检测一、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－波幅（DAC）曲线制作方法。

二、实验设备器材1、ZXUD－40型数字式超声波探伤仪ZXUD－40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与定位、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：采样平率：100MHz（最高）增益范围：0 ~ 110dB；0.1，1.0，2.0，6.0步进动态范围：≥35dB垂直线性：≤3％水平线性：≤0.1％探测范围：0－10m；0.1，1以及10mm步进自动设置延迟：0－500.0μS分辨率：≥40Db(5N14))灵敏度余量：≥63Db抑制：0－90％；线性探头类型：单探头，双晶探头，穿透探头声速：1000~ 16000 m/s，步进为1 m/s闸门：进波门（直方门，DAC门）、失波门报警：声光报警显示： 5.7英寸，高亮、真彩TFT显示器电池：锂聚合电池，工作时间≥10h仪器重量： 1.8Kg（带电池）环境温度：-5℃~60℃相对湿度：20~90％RH仪器外观如图一所示：图一：仪器外观本仪器采用软启动模式。

再冷机状态下，当按住键持续2s后，将开启仪器电源，进入启动屏幕此时该屏幕上将显示初仪器的软件版本号以及软件发布日期，仪器自动进入系统自检并显示自检状态。

系统自检完成后，自动进入仪器工作主界面。

在系统自检过程中，若电池电量过低，仪器会自行关机。

若在自检过程中，出现错误或用户按下任意键，那么在系统自检结束后，系统需要用户按下任意键（不包含电源按键），才进入仪器工作主界面。

在开机状态下，若用户持续2s按下，仪器将显示关机对话框，然后自动关机。

键盘及其功能本仪器包含27个按键。

这些按键分成5大类：电源键、方向键、功能菜单键，子菜单键和功能热键。

关于各按键的具体功能概述，参见表8-1。

表8-1 各按键的具体功能概述2、超声波横波斜探头在超声波检测中，超声波探头将电能转换成超声能（产生超声波），发射出去，同时也能将接受到的超声波转换成电能，通过连接导线传递到探伤仪中。

由于超声波探头在检测过程中起到一个能量转换的作用，因此，超声波探头也称为超声换能图三斜探头结构器或电声换能器。

横波斜探头上常标有该1、吸声材料 2、斜楔 3、阻尼块探头的工作频率、晶片尺寸和K值。

4、外壳 5、电缆线 6、压电晶片3、试块按一定用途设计制作的具有简单几何形状的人工反射体的试样称为试块。

试块和仪器。

探头一样是超声波检测中的重要工具，其主要作用有：确定检测灵敏度、测试仪器和探头的组合性能、调整扫描速度（即显示屏上的水平刻度与实际声程之间的比例关系）、评判缺陷大小、以及测量材料声速、衰减性能等。

试块可以是按照各种标准制作的标准试块，也可以是自己按照实际需要制作的对比试块。

本次实验使用的CKS－ⅠA试块和CKS－ⅢA试块属于标准试块。

其尺寸结构分别如图四、图五所示。

4、耦合剂由于超声波在空气界面100％反射，不能穿透到工件中去进行检测，因此，必须借助探头与工件表面之间涂敷的液体，排除空气间歇，以实现声能的传递，这种液体称为耦合剂。

常用的耦合剂有水、甘油、水玻璃和机油。

本实验采用机油。

图二 CKS －ⅠA 试块其余图三 CKS －ⅢA 试块三、实验原理由于超声波不同的检测方法在检测原理上略有区别，在此我们以直探头探伤来说明其脉冲反射法原理。

如图六所示：缺陷波发射波底波图四超声波检测脉冲反射法原理超声波探伤仪发射一定频率的电信号，通过探头中的压电晶片转换成超声波，经过耦合剂透射进入被检测工件中，超声波在工件中进行传播，如果没有缺陷，则被工件底面反射到探头当中，探头再将接受到的信号转换成电信号传递到探伤仪中，经过滤波和放大等处理，在显示屏上形成底面回波。

由于该波经过了二倍工件厚度的路程，因此底波和发射波在显示屏的水平方向有一段距离。

如果在工件内部存在缺陷，那么透射进入工件的超声波在缺陷位置发生反射，该反射波同样经过探头进入探伤仪中，在显示屏上形成回波。

由于缺陷位置在工件中，因此该回波所经历的路程比底面回波所经历的路程要短，则该回波在显示屏水平方向上的位置就位于发射波和底波之间。

因此通过回波在显示屏水平方向上的位置就可以判断工件内部是否存在缺陷；通过回波的高度就可以判断缺陷的大小；通过移动探头就可以得到缺陷的面积或长度。

这就是超声波检测脉冲反射法的基本原理。

四、实验步骤假使探访条件和要求如下：1、工件：30mm厚的钢板焊缝2、探头：单探头3、试块：CSKIA，CSKIIIA4、DAC法（1）DAC点数：6（10、20、30、40、50、60）（2）判废线偏移量：+5 dB（3）定量线偏移量：-3 dB（4）测长线偏移量：-9 dB实现步骤如下：1.将探头与仪器连接，开启仪器电源开关，使仪器处于正常工作状态。

2.设置参数参数功能菜单包含6个水平菜单，可以通过（上翻）或（下翻）来选择水平菜单。

探头参数设置安排在第1个参数菜单。

“探头类型”，选择类型为“斜”；“探头频率”，根据所使用的斜探头上标注的频率输入频率值；“探头规格”输入探头所示尺寸值，其它参数可在测试过程中或测试结束后再行输入。

调试（一）校零位偏移（简称：校零偏）按下功能菜单键，将展开“自动校准”水平菜单。

按下子菜单键，选择“校零偏”。

图五校零位偏移时的水平菜单校零位偏移之前，必须完成下面列举准备工作：（1）重复频率设置为60Hz（2）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-IB试块上，根据不同的探头类型，设置方式如下所述：直探头校零位偏移时，使用CSK-IB标准试块平放厚度为标准参考（厚度为25mm），如下图所示：图六直探头校零位偏移时的探头放置斜探头校零位偏移时，使用CSK-IB标准试块的双圆弧面为标准参考（圆半径为R50/R100），如下图所示：图七直探头校零位偏移时的探头放置按下子菜单键，选中“检测范围”菜单项。

调整检测范围，使得在回波显示区中可以看到直探头的二次底面回波，或者斜探头的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。

按下,进入“校零偏设置”对话框：图八“校零偏设置”对话框根据屏幕提示，选择“探头类型”，并根据探头类型进入“参考R1”和“参考R2”。

参考R1与参考R2输入值参见下表8-2.表8-2. 不同探头类型校零位偏移时的参考输入按下，退出校零偏设置：按下，完成校零偏设置，进入记录参考。

完成校零偏后，进入记录参考R1，水平菜单如下所示：图九“记录参考R1“水平菜单图十确认记录参考1的最高回波之前的仪器界面按进入记录参考R2后，水平菜单如下所示：图十一“记录参考R2”水平菜单图十二确认记录参考2的最高回波之前的仪器界面图十三直探头“校零偏结果”对话框对与斜探头，将显示如下包含输入“探头前沿”的“校零偏结果”对话框：图十四斜探头“校零偏结果”对话框（二）校K值（角度）探头K值（角度）校准功能只适用与斜探头，一般探头的标称K值（角度）与实际值有误差。

为了准确定位缺陷距离，校零偏后需对探头K值（角度）进行校准。

按下功能菜单键，将展开“自动校准”水平菜单。

按下子菜单键，选择“校K值”。

图十五校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-IB 标准试块中的测试孔作为标准参考。

可使用两种测试孔，一个孔径为Φ50，孔心离探测面垂直距离即孔深为30mm；另一个是孔径为Φ1.5的横通孔。

探头放置方式如下图。

图十六斜探头校K值时的探头放置按下子菜单键，选中“检测范围”菜单项。

调节检测范围，是的探测孔Φ50或Φ1.5的回波处于屏幕可见合适区域。

如果以满足上述条件，可不进行此项操作。

按下，进入“校K值设置”对话框图十七“校K值设置”对话框设置完毕后按下，退出校K值设置，按下，完成设置，进入校K值过程。

a自动校K值进入自动校K值后，水平菜单如下所示：图十八“记录参考”水平菜单确认测试孔回波被闸门套住。

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。

如果回波波幅超过满刻度，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，确认观察到的闸门内回波是最高波。

此时，也可按下功能热键，来自动搜索最大峰值。

按下将记录参考孔回波。

按下退回上步；按下退出校准。

完成记录参考孔之后，仪器将自动进行校K值计算，并显示如下对话框：图十九“校K值结果”对话框按下退回上步，按下中止校准；按下完成校准。

b 手动校K值进入手动校K值之后，水平菜单如下显示：图二十“锁定参考”水平菜单找到参考孔最高回波，按下将记录参考孔的回波，进入下步；按下退回上步；按下退出校准。

在锁定参考孔的最高回波之后，进入手动调节K值过程，水平菜单如下：图二十一“手动调节K值”水平菜单按下手动调节探头K值，同时观察动态回波显示区右侧的缺陷数据显示区的垂直距离显示。

假设设定参考孔深为30.0mm，那么在调整K值过程中，若缺陷数据显示区中的垂直距离显示为30.0mm时，此时K值就是探头的校准K值。

(三)探伤曲线DAC:称为距离-波幅曲线a曲线制作按下功能菜单键，进入“曲线”主菜单，如下图所示：图二十二未制作曲线的曲线水平菜单图二十三制作DAC曲线时的试块与探头放置（1）按下子菜单键，进入DAC曲线制作过程。

（2）将探头放置在CSK-IIIA试块上。

对准第一个测试孔（20mm深的孔），确认此测试孔回波被闸门套住。

按下记录参考回波1；若按下子菜单键，将中止制作。

（3）记录参考回波1之后，水平菜单显示如下：图二十四“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。

（4）当取得足够所需参考回波后，按下也将选择“曲线设置”，再次按下进入“曲线设置”对话框。

图二十五“DAC设置”对话框可选探伤标准及相关设置描述如下：如果当前使用的通道中，已经有制作的曲线，可根据记录参考点，对此曲线的参考线做幅度调整，以此修正曲线。

按下子菜单键，选中“曲线调整”菜单项。

再次按下子菜单键，将进入“曲线调整”菜单项显示“参考1”，表示进入参考1的调整状态。

同时，在参考曲线上第一个记录的参考点的位置上出现一个光标。

调节方向键可以改变光标高度，同时曲线参考点幅度也随之变化。

按下子菜单键，进入下一个参考调整。

到最后一个参考点时，若再次按下该键，则返回到第一个参考调整。

所有参考调整完成，按下，结束曲线调整状态。

4、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－波幅曲线。