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时间:2018-08-02
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1、2-2超声检测方法2-2-1超声检测用仪器与探头的选择(1)仪器选择探伤仪器的选择,应从探伤对象的材料和缺陷的状况考虑,如果仪器选得不正确,不但导致不可靠的探伤结果,而且在经济上也带来损失。仪器的选择应从选择最合适的探头开始,因为探头的性能是检测缺陷的关键,而探伤装置本身则应使探头的性能获得最充分地发挥。在考虑探伤操作要求的同时,还要考虑仪器的自动化程度,同时考虑选择试块、辅助工具以及耦合介质等。超声波探伤仪是根据超声波传播原理、电声转换原理和无线电测量原理设计的,其中应用最广泛的是脉冲式超声波探伤仪。按照超声波在两个不同声阻抗介质的界面上将发生反射,反射能量将取决于界
2、面两种介质声阻抗的差异大小以及界面的取向和大小。脉冲式超声波探伤仪主要分为A型显示和平面显示两大类,其中A型显示超声波探伤仪如图荧光屏上纵坐标代表反射波幅度,横坐标代表声波传播时间,以缺陷波的幅度和位置来确定缺陷的大小和在工件中的位置。这种仪器具有结构简单、使用方便和适用面广等许多优点,因此在目前应用最为广泛,在我国已形成系列产品。A型显示超声探伤仪的缺点,是难以判断缺陷的几何形状和缺乏直观性。为了更好地进行定量、定位探伤,设计了可对缺陷几何形状作出判断的仪器,如B型显示、C型显示、准三维显示和超声透视等。B型显示是一种可以显示出工件的某一纵断面的显示方法,探头移动距离
3、作为横轴,探伤距离(深度)作为纵轴若对应于探头各个位置的纵向扫查有反射,把它作为辉度变化显示,以固定速度移动探头,即完成探伤图形。在B型显示中所用示波管的荧光屏是由长余辉荧光物质组成,当声束照射大缺陷时,其后面小缺陷和底面反射就无法记录。C型显示是使探头工件上纵、横交替扫查,把在探伤距离特定范围内的反射作为辉度变化的显示方式,能得到平面的横截面图。C型显示利用探头在探伤面上的位移与荧光屏上亮点的位移同步,工件如有缺陷,则在荧光屏上相应位置就显示出亮点。早期C型显示的缺点是只能检测出缺陷的长度和宽度,不能测出缺陷埋藏深度,现改用彩色荧光屏显示,以不同颜色来表示埋藏深度。C
4、型显示是很直观的显示方法,同时采用高分辨力探头,主要用于要求高的工件的探伤。若把接收探头放在发射探头的对面,也就是说把探头放在被检工件的两侧,则所得图象已不是显示的某断面,而是超声投影面,称为超声透视。当然在获得B型显示和C型显示的基础上,通过计算机信号处理技术,可以获得缺陷图象的准三维显示,具有立体形象。选择探伤装置时,首先要考虑所要求的探伤条件如频率高低。例如,铸件应选用低频率。要探伤装置能否配合采用高分辨率探头,能否满足高灵敏度探伤的高信噪比要求等。(2)探头选择目前应用最广、数量最多的超声换能器是以压电效应为原理的超声换能器,它将来自发射电路的电脉冲加到压电晶片
5、上,变成同频率的机械振动,从而向被检测对象辐射出超声波。同时,它又将从声场中反射回来的声信号转换成电信号,送入接收、放大电路,变为可供在荧光屏上观察和判断的检测信号。探头的基本形式是直探头和斜探头,直探头用于发射和接收纵波,斜探头常用的有横波探头、表面波探头和板波探头其它各种探头(例如聚焦探头、组合探头、高分辨力探头和高温探头)都是它们的变型。探头的迅速发展给人们留下了深刻的印象,使人们充分认识到探头虽小,但它集中了大量声学中的基本问题。例如,探头中存在吸收衰减、电声能量转换以及多层波传导传播等,因此它是探伤仪的主体,而不是探伤装置的附件。在探头中,最重要的是压电晶片和
6、阻尼块(吸收块),压电晶片下面的保护膜也很重要。压电晶片是探头的核心,由压电材料加工而成,压电材料近年来发展很快,品种繁多。在超声检测中用得最广泛的压电材料是锆钛酸铅(PZT),灵敏度高,成本低和工艺简单。其次是石英和钛酸钡,晶片厚度取决于所需频率。吸收块是对压电晶片的振动起阻尼作用,目的是提高探头分辨缺陷的能力,常用环氧树脂加钨粉,要求吸收系数要大,能使声波散射。同时,吸收块在靠近压电晶片的地方、其声阻抗尽可能接近压电晶片的声阻抗。通常是从工艺上采取措施,提高环氧树脂钨粉吸收块的声阻抗值、使之接近压电晶片,是制作高分辨力探头的关键。当然采用高阻尼吸收块将显著降低超声检
7、测的灵敏度,因此应视具体情况综合考虑这两方面的要求。一般来说,由于产生纵波最容易,而且转换效率也高,因此在需要其它波型时,大都考虑首先获得纵波,然后用波型转换来得到其它波形。斜探头就是采用斜楔对波型转换的作用原理,利用纵波在斜楔与工件界面上的波型转换而在工件产生所需的波型。对斜探头来说,除了考虑获得所需的波型及足够的声能外,还应注意不致由于斜楔的存在而使杂波增加,影响缺陷波形的判别。必须认真设计斜楔的形状,使斜楔中由界面反射回来的声能不回到压电晶片上来。斜楔的材料一般都采用有机玻璃,在斜楔的某些部位增填吸收材料,以便把从斜楔与工件界面反射
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