实验超声波检测一、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-40E型智能超声波探伤仪ZXUD-40E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和定位、壁厚测量等，适合各种大型工件和高分辨率测量的要求。
⑴仪器外观如图9-1所示：图9-1 仪器外观当连接仅带有一个超声晶片的探头（自发自收）时，可以任意插入一个仪器上的探头连接器。
当连接带有双超声晶片的探头（一个为发射晶片，一个为接收晶片）或连接两个探头（一个发射探头，一个接收探头）时，必须注意：发射的一端接入左边一个探头连接器插孔，接收的一端接入右边一个探头连接器插孔，如图9-1所示。
⑶键盘及其功能图9-2ZXUD-40E的薄膜键盘按键排列仪器包含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9-1。
表9-1各按键的具体功能概述⑷参数设置规程参数设置可通过以下两种规程来完成。
有些参数设置仅遵照“方向键增减调节规程”，比如：探头类型、声程跨距等；有些参数设置又仅遵照“直接数字输入规程”，比如：探头频率、探头规格等；还有些参数设置可遵照两种规程，比如：检测范围、零位偏移等。
⑸方向键增减调节规程可按下或来增减参数设置。
⑹直接数字输入规程对于垂直菜单探伤通道设置，按下进入探伤通道设置状态，再次按下则进入直接数字输入状态；对于水平菜单，按下子菜单键选中子菜单项，再次按下子菜单键则也进入直接数字输入状态。
一旦进入直接数字输入状态，将在菜单项上出现闪烁光标，等待用户直接输入数字。
在输入的过程中，若发现先前输入的数字错误，可按下使得光标回退，删除刚才输入的错误数字。
输入完成之后，用户可按下来接受输入，也可按下来取消输入（对于水平菜单项，也可再次按下子菜单键取消输入）。
⑺电源电源键为仪器电源开关。
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器或电声换能器。
横波斜探头上常标有该探头的工作频率、晶片尺寸和K值。
1.吸声材料2.斜楔3.阻尼块4.外壳5.电缆线6.压电晶片图9-3斜探头结构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－℃A试块和CKS－℃A试块属于标准试块。
其尺寸结构分别如图9-4、图9-5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9-4CKS－℃A试块图9-5 CKS －℃A 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9-6所示：图9-6 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 ，CSKIIIA 4．DAC 法其余缺陷波发射波底波（1）DAC点数：5（10、20、30、40、50）（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．探头参数设置如下图所示：图9-7探头参数设置菜单探头类型：探头的入射类型，直探头还是斜探头。
探头K值/角度：K值为探头入射角的正切值（仅用于斜探头）。
探头前沿：从探头的声束入射零点到探头外壳前表面的距离（仅用于斜探头）。
探头频率：探头的信号频率。
探头规格：探头的晶片尺寸。
3．自动校准超声波探伤前必须将相关的探头、试块组合进行校准，用来保证测量计算的精度，以满足探伤条件的基本准备。
（1）校零位偏移（简称：校零偏）为了对被检测缺陷精确定位，在检测前应先作距离校准，以保证测量计算时探头入射波处在被检工件的界面零点。
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”。
校零位偏移时的水平菜单如图9-8所示。
图9-8校零位偏移时的水平菜单校零位偏移之前，必须完成下面列举的准备工作：1）重复频率设置为60Hz2）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-IA试块上,放置方式如下所述：斜探头校零位偏移时，是利用CSK-IA标准试块的双圆弧面为标准参考（圆半径为R50/R100），如下图9-9所示。
校零位偏移的操作描述如下：1）调整检测范围按下子菜单键，选中“检测范围”菜单项。
调节检测范围，使得在回波显示区中可以看到斜探头的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。
图9-9斜探头校零位偏移时的探头放置2）校零偏设置按下，进入如下“校零偏设置”对话框：图9-10“校零偏设置”对话框根据屏幕提示，选择“探头类型”，并根据探头类型输入“参考R1”和“参考R2”。
参考R1与参考R2的输入值参见下表9-2所示。
表9按下，退出校零偏设置；按下，完成校零偏设置，进入记录参考。
3）记录参考R1的最高回波完成校零偏设置之后，进入记录参考R1。
水平菜单如下所示：图9-11“记录参考R1”水平菜单此时首先确认参考1的回波被闸门套住，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。
如果此时闸门内回波波幅超出满刻度，则按下功能热键，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（斜探头是观察圆弧面反射，如图9所示）。
此时，也可按下功能热键，来自动搜索最大峰值。
确认记录参考1的最高回波之前的仪器界面，如下图所示。
按下将记录下参考1的回波，进入下步；按下退回上步；按下退出校准。
图9-12确认记录参考1的最高回波之前的仪器界面4）记录参考R2的最高回波按进入记录参考R2后，水平菜单如下所示：图9-13 “记录参考R2”水平菜单按照相同的方法来搜索参考2的最大回波。
确认记录参考2的最高回波之前的仪器界面，如下图所示。
按下将记录下参考2的回波，进入下步；按下退回上步；按下退出校准。
图9-14确认记录参考2的最高回波之前的仪器界面特别注意：对于斜探头，在找到圆弧R2（100mm）的最大回波时，用直尺测量斜探头前端到圆弧R2端面的距离，设为x，则斜探头前沿即为：100 – x。
5）自动校零偏计算完成记录参考R1和R2之后，仪器将自动进行校零偏计算。
对于斜探头，将显示如下包含输入“探头前沿”的“校零偏结果”对话框：图9-15斜探头“校零偏结果”对话框在上述对话框中输入获得的探头前沿值。
按下退回上步；按下中止校准；按下完成校准。
仪器在完成探头零位偏移的自动校准的同时，所使用的材料声速也会随之自动校准。
对于斜探头，在校零偏之后，自动进入校角度/K值。
（2）校K值（角度）探头K值（角度）校准功能只适用于斜探头。
一般探头的标称K值（角度）与实际值有误差。
为了在检测时精确定位缺陷的距离，在探头零偏校准后必须对探头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”。
校K值时的水平菜单如下图所示。
图9-16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-IA试块上，利用CSK-IA标准试块中的测试孔作为标准参考。
可使用两种测试孔，一个的孔径为Φ50，孔心离探测面的垂直距离即孔深为30mm；另一个是孔径为Φ1.5的横通孔。
探头放置方式如下图。
图9-17斜探头校K值时的探头放置“校K值”的操作描述如下：1）调整检测范围按下子菜单键，选中“检测范围”菜单项。
调节检测范围，使得在屏幕显示区中可以看到测试孔Φ50.0或Φ1.5的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。
2）校K值设置按下，进入如下“校K值设置”对话框：图9-18 “校K值设置”对话框在上述对话框中，根据屏幕提示，依次输入/选择：校准方式（手动/自动）、角度表示（角度/K值）、标称值、参考孔直径以及参考孔深度。
“参考孔直径”与“参考孔深度”的输入值参见下表9-3所示。
参考孔深度30mm15mm按下，退出校K值设置；按下，完成校K值设置，进入校K 值过程。
3）自动校K值进入自动校K值之后，水平菜单如下显示：图9-19 “记录参考”水平菜单第一步：记录参考孔的最高回波首先确认测试孔的回波被闸门套住。
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。
如果此时闸门内回波波幅超出满刻度，则按下功能热键，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，如图4-11所示。
此时，也可按下功能热键，来自动搜索最大峰值。
按下将记录下参考孔的回波，进入下步；按下退回上步；按下退出校准。
第二步：自动进行校K值计算完成记录参考孔之后，仪器将自动进行校K值计算，并显示如下的对话框：图9-20 “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。