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第三章 仪器、探头和试块 第一节 超声波探伤仪 超声波探伤仪概述 作用 产生电振荡→激励→放大电信号→显示 仪器的分类 按超声波的连续性分类 脉冲波：周期性、不连续、频率不变、根据波幅和传播时间 最广泛 连续波：连续且频率不变、根据透过超声波强度 灵敏度低且不能确定缺陷位置 调频波：连续且频率周期性变化、根据发射波与反射波的差频变化 检测面平行的缺陷 按缺陷显示方式分类 A型显示探伤仪：时间、波幅 位置和大小 B型：扫查轨迹、时间 B超 平面分布和深度 C型： (3)按通道分 单通道 多通道 A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理 仪器电路方框图 相当于示波器：包括同步电路、扫描电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路 方框图 仪器主要组成部分的作用 同步电路：触发电路 总指挥 扫描电路：水平扫描时基线 时间（深度粗调、微调、扫描延迟） 发射电路 P73 可控硅的开关特性 RC振荡 接收电路 衰减器、射频放大器、检波器、视频放大器，影响垂直线性、动态范围、探伤灵敏度、分辨力等重要技术指标 Kv＝20lgU出/U入 显示电路：示波管及外围电路组成 电源 仪器的工作过程：根据工作原理图 三、仪器主要开关旋钮的作用及其调整 P75 重复频率旋钮：改变发射电路每秒钟发射脉冲的次数，与屏幕亮暗有关 仪器的维护 阅读说明书，按要求操作 搬运仪器防止强烈振动 避免在强磁场、灰尘多、电源波动大、有强烈振动及温度过高或过低的场合 防雨、雪、水、机油进入仪器内部（新款仪器坏过、下雨） 电源（充放电）、电源线不要弯折，插头要抓壳体 旋钮不宜过猛 使用后清洁 潮湿季节，定期通电 出现故障，关闭电源，请人维修 第二节 超声波测厚仪 原理 δ＝1/2ct（脉冲式） 使用：调整、测厚（特殊要求） 第三节 超声波探头 压电效应 某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。反之，在交变电场的作用下，藏身伸缩变形的效应称为逆压电效应。 超声波的晶片具有正逆压电效应，称为换能器。 单晶：接收灵敏度高 石英、硫酸锂、铌酸锂 多晶：压电陶瓷，发射灵敏度高 钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅 a.常用的压电晶片： 石英——单晶体、稳定性好、耐高温（550℃） 硫酸锂——单晶体、接收性能好 锆钛酸铅——多晶体、灵敏度高、发射性能好 钛酸钡——多晶体、发射性能好 铌酸锂——单晶体、耐高温（1200℃） b.单晶直探头常用锆钛酸铅制作（PZT） 双晶探头常用PZT+硫酸锂，高温探头用铌酸锂和石英。 压电材料的主要性能参数 压电应变常数d33＝Δt/U（m/V） 压电电压常数 g33＝Up/p(V·m/N) 介电常数ε＝Ct/A 机电耦合系数 声能与电能的转换效率；厚度方向Kt，径向Kp 机械品质因子 θm＝E储/E损 频率常数 t＝1/2λ＝CL/2f0→ 居里温度 对晶片的要求 机电耦合系数大，转换效率高 机械品质因子小，分辨力和盲区小 压电应变常数和压电电压常数 频率常数大，介电常数小 居里温度高 探头的种类 根据波型：纵波、横波、表面波、板波 （1）纵波–––振动方向与波传播方向平行 （2）横波–––振动方向与波传播方向垂直（只能在固体中传播） （3）表面波–––长轴是横波,短轴是纵波的合成，在表面下2 λ内传播的椭圆振动（只能在固体中传播） 在表面下(处，振幅减为1/5，能量减为1/25 在表面下2(处，振幅减为1/100，能量减为1/10000 （4）板波：充满板内，各种模式的纵、横波 （5）爬波：表面下纵波 －当纵波λ射角在第一临界角（有机斜楔/钢为27°36）附近时产生 －检测深度与（晶片×频率）的乘积大小有关 根据耦合方式：接触式、水浸 根据波束：聚焦、非聚焦 根据晶片数：单晶、双晶 直探头 a．直探头（纵波） ①阻尼块： 缩短晶片振动时间，脉冲宽度变窄，提高分辨力 吸收晶片背面的杂波，提高信噪比 ②保护膜（按声阻抗Z大力分为硬、软保护膜） 硬保护膜—适用于表面光洁度高的工件 软保护膜—适用于表面粗糙工件 斜探头纵波斜探头、横波探头、表面波探头 ①斜楔（作用有二方面） 波型转换(CL有机玻璃 CL2件) 表面开槽、牛角：减少探头杂波 ②K值（折射角的正切函数）：t↗→k↗；斜楔磨损时，磨前k↘，磨后k↗。 表面波探头 大于第二临界角时 －工件中表面波速度，2950m/s 4.双晶探头（双直，双斜）：发射与接收分开 ①是一个粗糙的聚焦探头， ②杂波少、盲区小，可检测近表面缺陷。 ③近长区长度小（延迟块的使用） ④检测深度取决于晶片的倾角 5.聚焦探头(线聚焦、点聚焦) ①灵敏度高（聚焦区声能集中－主要参数有 焦点位置、焦柱长度和焦柱宽度） ②声束窄（焦柱宽度小），横向分辨率