超聲波探傷的教學實驗設(shè)計

李思廣　孫鵬

摘 要：為了提高超聲波檢測的教學效果，制定了實驗方案和檢測流程。設(shè)計并制作了一款超聲檢測試件，并根據(jù)實際檢測情況總結(jié)了檢測時的注意事項，對超聲波檢測的實驗教學有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：超聲波;試件制作;實驗設(shè)計

無損檢測技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要地位，超聲波檢測作為無損檢測中的一種重要檢測手段，在課程教學中的比重更加突出。為了提高教學質(zhì)量，采用理論結(jié)合實際的方式開展教學，讓學生在學習理論知識的同時，通過對檢測設(shè)備的使用，進一步加深學生對超聲波檢測的認知。因此，設(shè)計了一種簡單的超聲檢測方案用于教學檢驗。

一、檢測原理

超聲波探傷具有反射和透射兩種方法。其中反射方法精確度較高。圖1是脈沖回波探傷儀的工作原理圖。脈沖發(fā)射器通過探頭將超聲波短脈沖送入試件，當回波從試件的缺陷或邊界返回時，通過信號處理系統(tǒng)，在示波上加以顯示，并將其波幅和傳播時間顯示出來。如果已知試件中的聲速，則根據(jù)示波器上的讀數(shù)所獲得的脈沖間的傳輸時間即可確定缺陷所在深度位置。

當被檢材料內(nèi)部有一個裂紋缺陷（或其它缺陷），將超聲波探頭放在被檢材料的某一表面部位（該面稱作探傷面、檢測面），探頭向被檢材料發(fā)射超聲波信號，超聲波穿過界面進入被檢材料內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時都會有反射，反射信號被探頭接收后，通過探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號和底波信號形象地顯示出來，如圖2所示。根據(jù)超聲波的聲程，就可以輕易地將缺陷信號和底波信號區(qū)分開，然后通過超聲波試塊進行標定后，就可以實現(xiàn)對材料缺陷的位置進行定位。

二、實驗方案

（1）準備試件：首先制備如圖四塊厚度為20mm的低碳鋼板，將鋼板劃為A、B、C、D四個區(qū)域，每個區(qū)域中間位置隨機鉆深度為0-15mm，直徑為10mm的孔，以此孔作為試件的人工缺陷。

然后將每塊金屬板編號為1、2、3、4，并將各金屬板各區(qū)域的鉆孔深度做好記錄。最后將金屬板粘在亞克力托盤上，其目的是防止學生翻轉(zhuǎn)金屬板以肉眼看出缺陷位置，如圖3所示。

（2）檢測步驟：①將檢測探頭接入超聲波探傷儀，打開儀器并確定探頭及儀器工作正常。②調(diào)校超聲波探傷儀的參數(shù)，包括范圍、閘門、阻尼、增益等。③利用金屬試塊進行聲速校準。④用探頭在被檢材料上掃查，查找缺陷位置并記錄在實驗指導書上的表格中，表格形式見下表。

（3）成績評判。將學生填入上表的檢測結(jié)果，與之前記錄的實際人工缺陷位置進行比對，以此判定該學生的實驗是否成功。由于制造工藝，環(huán)境溫度等因素的影響，檢測結(jié)果可能存在誤差，所以實驗結(jié)果在真實位置的±10%以內(nèi)，均可判定為檢測結(jié)果有效。四個區(qū)域若有兩個區(qū)域的檢測結(jié)果無效，則該實驗未通過。

三、實驗中的注意事項

（1）檢測前需要多次進行聲速校準和零位校準，以提高檢測精度。

（2）檢測時需要將被檢材料和探頭上的耦合劑涂抹充分，以免影響檢測效果。

（3）檢測時的掃查方式采用S型步進掃查，確保某些區(qū)域不被漏檢。

四、總結(jié)

本超聲波探傷儀實驗可以幫助學生更好地理解超聲波探傷的原理，利用儀器設(shè)備動手進行真實檢測，在激發(fā)了學習興趣的同時，也提高了對相關(guān)知識的理解，對于提高了教學質(zhì)量起到了很大的作用。

參考文獻：

[1]唐繼紅.無損檢測實驗[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011：53-57.