超声波探伤仪性能的测定

一.目的:现场测试超声波仪器性能,包括垂直线性,水平线性,电噪声,动态范围和衰减器精度

二.实验设备

超声波探伤仪

直探头(2.5P14,2.5P20,5P14等均可)

IIW1试块(或CSK-IA,1#试块等均可)

平底孔试块

三.实验步骤

1.测定垂直线性

提示:缺陷在工件中的大小是通过缺陷回波在示波屏上的幅度大小反映的,反射回波幅度是按一定规律反映缺陷实际反射声压的大小,即为仪器的垂直线性状况,以垂直线性误差表示. 如图1 所示,把与探伤仪连接的直探头平稳地耦合在平底孔试块的探测面上,仪器上的"抑制"与"深度补偿"关闭,在衰减器上应至少留有30dB的衰减余量,调节"增益",使直探头在试块上找到的最大平底孔回波高度为100%满刻度,固定探头位置与接触压力(必要时可采用专用的探头压块).调节衰减器,依次记下每衰减2dB时平底孔回波幅度的满刻度百分数并记入表1,并与理论值比较,取最大正偏差△+和负偏差最大绝对值｜△-｜之和为垂直线性误差,即:△=(｜△+｜+｜△-｜)(%) ----(1)
注:理论波高值按下式计算-- △dB=20lg(H100 /H)(式中H100为以100%
满刻度起始的基准波高,H为每衰减2dB 时理论上应达到的波高).
最后在图2 上以波高(%)为纵坐标,衰减量(dB)为横坐标绘出垂直线性
理想线与实测线(按表1),再根据(1)式计算垂直线性误差.

表1
	衰减量(dB)	理论波高值(%)	实测波高值(%)	偏差±(%)
	0	100
	2	79.4
	4	63.1
	6	50.1
	8	39.8
	10	31.6
	12	25.1
	14	20.0
	16	15.8
	18	12.5
	20	10.0
	22	7.9
	24	6.3
	26	5.0
	28	4.0
	30	3.2

图2

2.测定水平线性

提示:缺陷在工件中的位置是通过缺陷回波在示波屏上的位置反映出来的,通过仪器有关旋钮调整能否使仪器示波屏上的水平扫描线按一定比例反映超声波在工件中所经过的距离,即为仪器的水平线性,以水平线性误差表示.如图3所示,把直探头平稳地耦合在IIW1 试块上厚度25mm 的平面上(应离开边缘有一定距离以防止侧壁效应干扰),调节仪器上的"增益","衰减","水平"(或"零位","延迟"),"深度"(粗调与细调), 当采用"五次底波法"时: 应使示波屏上出现五次无干扰底波,在相同回波幅度(例如50%或80%满刻度)情况下,使第一次底波B1 前沿对准水平刻度线的20mm刻度,第五次底波B5前沿对准水平刻度线的100mm刻度,然后依次将B2,B3,B4调节到上述相同幅度下读取第二,三,四次底波前沿与水平刻度线上的40mm,60mm 和80mm刻度的偏差,填入表2,取最大偏差△max(以mm计)按下式计算水平线性误差:△=(｜△max｜/0.8L)x100%,式中L 为水平刻度线全长,通常为100mm,故0.8L=80mm

表2
底波次数	B1	B2	B3	B4	B5
水平刻度标定值(mm)	20	40	60	80	100
实际读数(mm)	20				100
偏差(mm)	0				0

采用五次底波法仅能测定0.8L范围内的水平线性,而对前面占0.2L的范围则不能测定,因此现在已要求采用六次底波法,即: 以相同幅度(50%或80%满刻度)使B1 前沿对准水平刻度线0mm处,B6前沿对准水平刻度100mm处,也在相同幅度下读取B2,B3,B4,B5 各底波前沿与水平刻度线20mm,40mm,60mm,80mm的偏差(见图4),填入表3,取最大偏差△max(以mm 计)按下式计算水平线性误差: △=(｜△max｜/L)x100%,式中L 为水平刻度线全长,通常为100mm

表3
底波次数	B1	B2	B3	B4	B5	B6
水平刻度标定值(mm)	0	20	40	60	80	100
实际读数(mm)	0					100
偏差(mm)	0					0

3.测定电噪声

提示:仪器内部电子元件及电路上的固有噪声(电子噪声)的大小对超声检测时的信噪比有影响,并且其大小与仪器的工作频率和脉冲重复频率有关

方法:将探伤仪的灵敏度调至最大("增益"最大,"衰减"为零,"抑制"关闭,"发射强度"或"脉冲能量"最大),且扫描范围最大,在避免外界干扰的条件下(卸掉探头,仪器周围无高频或强磁场干扰等),读取水平基线上电噪声平均幅度在垂直刻度上的百分数作为仪器的电噪声水平.

4.测定动态范围

提示:动态范围即是探伤仪放大器的线性工作范围,实用中是指在水平基线上能够识别最小反射波的界限,为了能够尽可能地利用示波屏上的波高值判断缺陷大小,就要求放大器的线性工作范围尽量大,以及动态范围应该尽量大为好.

方法:测试步骤与垂直线性测量的方法基本相同,即调节平底孔最大回波高度为100%满刻度后,调节衰减器读取平底孔回波从100%满刻度下降到刚刚能够辨认的最小波高(一般取1%或1mm)时衰减器的调节量(dB值),将此作为探伤仪在该探头给定工作频率下的动态范围(不同参考反射体回波及不同工作频率下的动态范围是有差异的),在测试时可与垂直线性测定同时进行.

5.衰减器精度的测定

提示:衰减器是超声检测时进行定量评价的关键工具,其示值的准确度直接影响定量评价的精确度.

如图1 所示,将直探头平稳地耦合在平底孔试块探测面上,找到平底孔最大回波后固定探头,使衰减器读数为零分贝,调节"增益"使平底孔回波高度为100%满刻度,然后调节衰减器,以1dB(或2dB)的步进增量增加到21(或22dB),记录每次衰减后的回波高度记入表4(A)栏,再使衰减器读数为10dB,重新调节"增益"使平底孔回波高度为100%满刻度,再同样调节衰减器以1dB(或2dB)步进增量增加到31(或32dB),记录每次衰减后的回波高度记入表4(B)栏.

注:A对B波高相差dB值按下式计算-- △dB=20lg(HA/HB)

衰减器精度的表示方法:

[1]以1dB表示

将0-21dB(10-31dB)各次测定误差dB的绝对值相加除以22,得到平均每dB的误差值(±).

[2]以2dB表示

将0-22dB(10-32dB)各双数dB衰减测定的误差绝对值相加除以12,得到平均每2dB的误差值(±).

[3]以12dB表示将12dB(22dB)时的误差值作为每12dB的误差值(±).

表4
衰减dB 值	理论波高值 (%满刻度)	实测A 值 ( %满刻度)	实测B 值 (%满刻度)	A对B波高相差dB值
0(10)	100	100	100	0
1(11)	89.1
2(12)	79.4
3(13)	70.8
4(14)	63.1
5(15)	56.2
6(16)	50.1
7(17)	44.7
8(18)	39.8
9(19)	35.5
10(20)	31.5
11(21)	28.2
12(22)	25.1

13(23)	22.4
14(24)	20.0
15(25)	17.8
16(26)	15.8
17(27)	14.1
18(28)	12.6
19(29)	11.2
20(30)	10.0
21(31)	8.9
22(32)	7.9