钢轨探伤设备 2012. 02. 21.

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1 钢轨探伤设备

2 第一节 超声波探伤仪 一、超声波探伤仪的种类
第一节 超声波探伤仪 一、超声波探伤仪的种类 超声波探伤仪是利用超声波反射或透射原理检查工件缺陷的电子仪器。作用是产生电振荡并施加于探头晶片，激励晶片发射超声波；同时将探头接收回来的电信号进行放大，通过一定的形式显示出来，得到被检工件内部有无缺陷及缺陷的位置、大小等信息。 超声波探伤仪种类较多，按缺陷的显示方式分： （一）A型显示

3 A型显示的脉冲反射式探伤仪，是以水平（X轴）表示距离和时间，用垂直于基线的偏转（Y轴）表示幅度的一种信号显示方式。对同一均匀介质而言，由于超声波传播时间和缺陷埋藏深度成正比。因此，可以根据缺陷回波在荧光屏上的位置确定缺陷的深度，回波幅度的高低来衡量缺陷的大小。

4 （二）B型显示 B型显示是显示被检工件的横截面图像，指示 反射体的大致尺寸及其相对位置的显示方法。荧 光屏上横坐标代表探头移动距离，纵坐标代表传 播时间或距离。基线随探头的移动和回波时间变 化，可直观了解探头移动下方横断面的缺陷分布 和距离探测面的深度，获得探头在扫查方向上的 横断面图。

5 （二）B型显示

6 （三）C型显示 C型显示是显示被检工件纵剖面图像的 显示方法。探头接收到的缺陷信号以亮点和暗点 来绘出缺陷的水平投影位置，荧光屏上代表的是 被检工件的投影图。一般不能显示缺陷的深度。 若采用彩色显示，用门脉冲将深度分成阶段，不 同的颜色表示一定的深度，可以显示缺陷的大约 深度。

7 （三）C型显示

8 超声波探伤仪的显示方式 类 型 显示方式 主要显示内容 A型显示 示波器 缺陷深度及缺陷反射信号幅度、形状 B型显示 缺陷深度及其在纵截面上的分布 C型显示 示波器或记录仪 缺陷在平面视图上的分布

9 （四）其它显示 对被检工件内的反射体作立体图像显示的D型显示、超声全息成像显示、ALOK成像显示等多种显示。 A型脉冲反射式显示，因为具有检测灵敏度高，定位精确，定量方便，操作灵活，使用范围广等优点，得到广泛应用。

10 二、脉冲反射式探伤仪的工作原理 A型脉冲反射式探伤仪的基本电路 同步电路、发射电路、扫描电路、接收电路、显示电路、电源电路。

11 A型脉冲反射式探伤仪的工作原理 同步电路产生的周期同步信号一路输给扫描电路产生线性良好的锯齿波，经示波管水平偏转板在荧光屏上产生一条水平扫描线（时间基线）。同时，另一路触发发射电路产生一个持续时间很短的高频电脉冲加到探头内的压电晶片上，激励晶片产生超声波。 超声波透过耦合剂射入工件，若遇到工件界面或缺陷即产生反射。由探头接收转变成电脉冲输入高频放大器，经检波电路再由视频放大电路进一步放大后加到示波管的垂直偏转板上。这时光点不仅在水平基线上按时间作线性移动，而且受垂直偏转板上电压的影响作垂直运动，从而在扫描线的相应位置上显示缺陷波和底波。 根据缺陷波的位置和幅度确定缺陷的深度和大小。

12 （一）同步电路 一般由多谐振荡器和射极跟随器组成。由可调的多谐振荡器产生每秒几十次至几千次周期性矩形同步电脉冲，经微分后变为正负触发脉冲去触发发射电路、扫描电路等，同步工作。 同步脉冲的频率为仪器的重复频率，超声波探头经高频电脉冲激励产生的振动频率是工作频率。

13 (三)扫描电路 在同步信号的触发下产生锯齿波电压，加在示波管水平偏转板上，使荧光屏上亮点沿着水平方向移动形成扫描线。 仪器面板上的“扫描范围”（粗调），“声速”（微调）和“扫描延迟”都是扫描电路的调节旋钮，探伤时根据被检工件的探测范围选择适当的深度档次，并配合微调旋钮调节，使刻度板水平线上每一格代表一定的距离。

14 （二）发射电路 由同步电路产生的正触发脉冲去触发发射电路的可控硅产生约500V以上的高压负脉冲加到探头晶片上，经过电—声转换产生超声波。 发射电路中的阻尼电阻， R0决定电路的阻尼大小。调节R0可改变发射强度和脉冲宽度。 电阻大，阻尼小，发射强度大，分辨力低，适用于探测厚度大分辨力不高的工件。电阻小，阻尼大，分辨力高，适用于探测近表面缺陷和分辨力高的工件。

15 （四）接收电路 将一个微弱的回波信号经多级放大器放大后在示波器上显示。由于缺陷的大小不一，回波信号电压起伏很大，为了使大范围内的缺陷信号都能在荧光屏上显示，在信号进入放大器以前经衰减器电路对信号幅值作定量的评定。 接收电路的性能直接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围、探伤灵敏度、分辨力等重要指标。电路中有（杂波）抑制作用，短时间对较高的发射电脉冲产生阻塞作用。

16 （五）显示电路由示波管和外围电路组成。示波管有电子枪、偏转板、荧光屏组成。接收电路送来的信号电压加在垂直偏转板上，而扫描电路的锯齿波电压加在水平偏转板上，电子束按电压发生偏转，在荧光屏上显示扫描线和波形。

17 （六）电源及辅助电路 电源由整流、稳压、变流组成，提供整个仪器正常工作。探伤仪可根据不同的探测要求增设延迟电路、闸门电路、距离幅度补偿电路和报警电路等辅助电路。

18 A型超声波探伤仪的主要性能 根据ZBY-230—84规定，A型超声波探伤仪的主要性能： 水平线性——探伤仪荧光屏上时间或距离轴线上显示的信号与输入接收信号成正比关系的程度，按标准其误差不大于2％。 垂直线性——探伤仪荧光屏上显示的信号幅度与输入接收器的信号幅度成正比关系的程度，按标准其误差不大于4％。 动态范围——在增益调节不变时探伤仪荧光屏上能分辨的最大与最小反射面积波高比，即反射波高从80％到消失所需要的衰减量，按标准其误差不小于26dB。

19 灵敏度余量——超声探伤系统中，以一定电平表示的标准缺陷探测灵敏度与最大探测灵敏度之间的差值。其含义是仪器和探头组合检测最小缺陷的能力。
分辨力——超声波探伤系统能够区分横向，纵向或深度方向相距最近的一定大小的两个相邻缺陷的能力。 盲区——在一定探伤灵敏度下，从探测面到最近可探缺陷在被检工件中的深度。 电噪声——荧光屏电上电噪声平均幅度在垂直刻度上的百分比。

20 “超声探伤系统”是指仪器、探头和电缆组成的系统。本标准供探伤人员对仪器的性能检验和检测。 表 CTS—22型探伤仪主要指标
名 称 指 标 水平线性误差 ≤1％； 垂直线性误差 ≤5％ 远场分辨力 2.5p20-D探头的远场分辨力X≥30dB 动态范围 ≥30dB 盲区 5N14窄脉冲探头的最小探测距离≤3mm 电噪声 电平 ≤15％ 探伤伤灵敏度余量 2.5p20-D发现200-Φ2平底孔的灵敏度余量＞46 dB

21 CTS—22型探伤仪的调节使用

22 CTS—22型探伤仪的调节使用 （一）检查电源
该仪器适用10.5—14.5V的各种直流电源，工作电流约0.6A，也可以通过专用的整流器（充电器）使用220V交流电工作，严禁不通过整流器（充电器）直接将220V交流电接入仪器。 （二）接通电源 开启面板上电源开关，可听到仪器内部发出频率约2KHz微弱声响，表明仪器的直流变换器工作正常，这时面板右下方电压指示器的表针稳定的指示在红区，约1分钟后荧光屏即出现扫描线。若电压指示器的表针指示在黑区，表示电压过低，应予以充电或故障。

23 （三）“工作方式选择”和“发射强度”的调节
（四）“衰减器”和“增益”的调节 “衰减器”主要作为探伤灵敏度的步级调节，“增益”电位器可对回波高度进行平滑调节。使回波达到标准的高度。 （五）“抑制”的使用 当“抑制”电位器逆时针旋至左端时，“抑制”为0，仪器处于无抑制状态，具有较大的动态范围和较好的垂直线性。当“抑制”电位器顺时针旋转时，抑制作用逐渐增大，同时仪器动态范围越来越小，容易造成小缺陷的漏检。探伤中慎用“抑制”。

24 （六）“深度范围”、“深度微调”和“脉冲位移”
“深度范围”即为探测范围，仪器上有10,50,250mm和1m（钢中纵波）四个档位，各档位相互覆盖，最大探测范围5m。 “深度微调”置“0”时，荧光屏上显示的纵波深度略小于“深度范围”的标准值，而置“10”时，显示的纵波深度比置“0”时增大5倍。与“脉冲位移”配合使用，进行探测深度校准和水平线性测试。 （七）“聚焦”及其它旋钮 调节面板上的“聚焦”旋钮，达到波形清晰。在仪器内部有关电流板上有“辅助聚焦”、“基线校正”、“几何图形”、“辉度”旋钮和“通常—近区”开关，一般出厂已调好。如需调节请按说明书的要求进行。

25 第二节 超声波探头 超声波探头是进行超声探伤不可缺少的器件一，它承担发射或接收超声波的任务，实现声能和电能的相互转换，故又称换能器。
第二节 超声波探头 超声波探头是进行超声探伤不可缺少的器件一，它承担发射或接收超声波的任务，实现声能和电能的相互转换，故又称换能器。 一、探头的分类 按其用途和结构可作以下分类：

26 探头的分类

27 二、探头的结构和部件作用 各类探头中常用探头是：纵波直探头、横波斜探头、双晶片探头和多晶片探头。 1、探头的基本结构见图

28 探头的基本结构

29 压电效应 压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。

30 压电效应的定义 不存在对称中心的异极晶体，受外力作用发生机械应变时在晶体中诱发出介电极化或电场的现象(称为正压电效应)，或者在这种晶体加上电场使晶体极化，而同时出现应变或应力的现象(称为逆压电效应)。 若对其施加作用力(变形),在其两端会产生等量异性电荷,也称为正压电效应, 反之,若在两端施加电压,则其产生变形(伸缩),这称为逆电压效应 。正、逆压电效应，统称为压电效应。

31 压电晶片的材料有石英、硫酸锂等单晶材料和钛酸钡、钛酸锂等多晶材料，钢轨探伤使用的探头晶片多数采用钛酸铅多晶陶瓷材料制成。
2、探头的主要部件的作用 （1）压电晶片 探头中的换能器通常用压电晶片来制成，当压电晶片发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效（电能转换声能），当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号，是正压电效应（声能转换电能）。前者为发射超声波，后者为接收超声波。 压电晶片的材料有石英、硫酸锂等单晶材料和钛酸钡、钛酸锂等多晶材料，钢轨探伤使用的探头晶片多数采用钛酸铅多晶陶瓷材料制成。 压电晶片的振动频率，即探头的工作频率（ƒ）取决于晶片厚度（Tg）和超声波在晶片材料中的传播速度（C）， 关系式：ƒ＝C /2 Tg

32 （2）阻尼块 与晶片或楔块组合具有高阻尼效率的块块状物体称为阻尼块。 作用：阻止晶片的惯性振动和吸收晶片背面辐射的声能，减小脉冲宽度和杂乱信号的干扰。通常用钨粉和环氧树脂或其它材料按一定比例配置而成。 （3）保护膜 为使探头与工件接触移动中不破坏晶片，常在晶片前面附一层保护膜。保护膜分硬质保护膜（陶瓷、金属片）和软质保护膜（有机玻璃、聚胺脂薄膜、尼龙）。硬质保护膜耐磨耦合条件要求高，透声性能差。软质保护膜透声性能较硬质保护膜提高3-5倍，且具有较好的耦合条件，对探测面光洁度较差的工件多数使用软质保护膜。钢轨探伤使用的保护膜一般选用尼龙1010材料，其衰减系数为5dB/cm左右，具有良好的透声性。

33 （4）连接线 探头须用同轴高频电缆与探伤仪连接。其作用是消除外来电波对探头内激励脉冲和回波脉冲的干扰，同时防止高频脉冲以电波形式向外辐射，相比一般电缆脆弱，弯曲过大损坏，使用中注意。 （5）斜楔块 斜、 直探头的不同点多一块透声的斜楔块。 其作用一是产生波型转换和改变传播方向，它可以将纵波转换成横波或表面波和板波，转换后的波型取决于斜楔块的倾角和组成界面（楔块和工件或耦合层）的两种介质声速。二是为降低斜楔内返回晶片的声能，常在斜楔块前端和上部做成齿状的消声槽，以减少楔块内反射造成的杂波干扰。 斜楔块常用的材料是有机玻璃， 容易加工，衰减系数适宜的优点。

34 （6）延迟块 为使超声发射脉冲持续时间等影响落在延迟过程中，附加在探头晶片前的透声材料为延迟块。如双晶片直探头的块状物体，常用有机玻璃制作，加工方便，透声效果较好。还可根据探测的需要，将两块延迟块制成一定的倾角，使声束的能量集中在需要重点探测的区域内。如钢轨探伤中37°和0°探头的声束交区一般在声程为80-100mm，这样有利于对螺孔裂纹的探测。 （7）隔声层 双晶片探头中为使接收晶片和发射晶片在声路上分割开来，在亮晶片之间夹一吸声性强的隔片，称为隔声层。常用软木制成，它具有价格便宜，隔声效果好的优点。如果隔声层不良会产生信号泄漏现象，超声信号会穿过隔声层，进入接收放大电路，会产生异常回波显示，干扰探伤回波的识别。

35 三、常用探头的作用和特点 1、单晶片探头 探头中只有一个晶片，在探伤中发射和接收超声波。钢轨探伤中常用以下几种： （1）纵波直探头 钢轨探伤使用纵波直探头主要用于探测基本平行于探测面的缺陷，主要用于探测焊缝缺陷。除按频率和晶片尺寸划分系列外，还按不同频率响应（频谱）分为宽频探头和窄频探头，前者灵敏度高，后者分辨力高。

36 （2）横波斜探头 横波斜探头主要用于探测与探测面成一定角度的缺陷。横波斜探头的表达方式有按入射角α，折射角β和K值三种，为与国际上的表达方式接轨，部颁TB/T 标用的横波斜探头统一用折射角表示。 主要用于钢轨焊缝缺陷探测，目前常用折射角有K1、K1.5、K2、K2.5四种。

37 2、双晶片探头 双晶片探头又称联合双探头或分割式探头，探头中有两片晶片，一片晶片作为发射，另一片作为接收，两片晶片之间用隔声层隔开，其优点是提高对近表面缺陷的探测能力。钢轨探伤中所有的探头基本上是双晶片探头，0°探头是双晶片直探头，37°70°和小角度18°探头属双晶片斜探头，而0°+37°探头组合探头是双晶片直探头和双晶片斜探头的组合。 （1）双晶片直探头 钢轨探伤中习惯上称为0°探头，它与钢轨探伤仪组合后，具有反射式和穿透式两种探伤功能，主要用于检测轨腰投影范围内的水平裂纹、纵向裂纹和一定长度的斜裂纹。 （2）双晶片斜探头 与钢轨探伤仪连接后，用于反射式探伤，目前共有三种：

38 ①70°探头主要探测轨头部位横向裂纹，如轨头核伤。
②37°探头主要探测轨腰投影范围内的斜裂纹、与轨端或螺孔连接的水平裂纹。 ③18°探头，主要用于探测倾角较小的螺孔裂纹。目前，一部分铁路局在使用。 （3）多晶片组合探头 多晶片组合探头是将多个晶片按照一定的规律排列组合在一个探头中。可以提高工作效率，实现一次对多个部位进行探伤的目的。目前钢轨焊缝探伤中已经采用，探伤时手动或仪器自动切换接通其中一组探头，固定对焊缝某一区域进行探伤，主要检查垂直于探测面的缺陷。

39 多晶片组合探头

40 四、探头的型号编制 1、探头型号的组成 （1）基本频率——用阿拉伯数字表示，单位为MHz。 （2）压电材料——用化学元素缩写符号表示。

41 （3）晶片尺寸——用阿拉伯数字表示，单位为mm。
（4）种类——用一个或二个汉语拼音字母表示，其中直探头可以不标出。 （5）特征——斜探头钢中折射角的正切值和折射角用阿拉伯数字表示，折射角单位为度；分割探头钢中声束交区深度用阿拉伯数字表示，单位mm，分割直探头和分割斜探头分别用汉语拼音字母Z和X作为代号。

42 2、探头的主要技术指标 根据ZBY-84《超声波探伤使用探头性能测试方法》，探头的主要性能指标如下： （1）相对灵敏度——被测探头与同频率的石英晶体固定试块在回波高度相同情况下的差值。 （2）始波宽度——始脉冲起始点（前沿）和结束点（后沿）之间的间距。 （3）回波频率——回波在时间轴进行扩展观察所等到的峰值间隔时间的倒数。

43 （4）声轴偏移——探头理论声轴线与实际声轴线偏差量。
（5）声束宽度——用6dB法测量的声束宽度。 （6）距离幅度特性——探伤仪接收放大电路对不同深度上反射体回波产生不同放大的程度。 （7）斜探头的折射角——斜探头折射声波与法线的夹角。 （8）探头楔内回波幅度——斜探头楔块内的反射回波幅度。

44 第三节 试块 一、试块的用途 用于鉴定超声检测系统特性和探伤灵敏度的样件称
第三节 试块 一、试块的用途 用于鉴定超声检测系统特性和探伤灵敏度的样件称 为试块。它和探伤仪一样是探伤中不可缺少的工具，主要用途有以下几点： 1、确定合适的探伤方法。根据被检工件可能产生缺陷的 部位和取向，或需要探测的区域，采用人工方法在试块上 做人工缺陷，来摸索探伤方法，验证探伤工艺的可行性。 一般来说，在这样试块上摸索到的规律，适用于与材质、 几何形状相同的工件。 2、确定探伤灵敏度和评估缺陷大小。探测不同工件或不 同缺陷时，所使用的灵敏度各不相同，为了确定符合探伤 要求的灵敏度，就需要使用试块；

45 评价工件中某一深度处缺陷的大小，可以利用试块中的人工缺陷回波与工件缺陷回波相比较，来判断工件内的缺陷大小（当量法）。
3、校验仪器及测试探头和仪器的性能。超声探伤，可以用电子仪器测试超声波探伤仪器的性能，但对于使用者来说，往往不具备这种检测手段。因此，只能通过试块来检验仪器及测试探头和仪器的性能。

46 （二）试块的分类和作用 试块根据检定的部门和使用环境可分为标准试块、对比试块和专用试块三类。 1、标准试块 标准试块是指材质、形状、尺寸及性能均经主 管机关或权威机关检定的试块，用于对超声装置或 系统的性能测试及灵敏度的调整。（如IIW试块是 荷兰人在1955年首次提出，1958年国际焊接学会 通过的标准试块，故又称为荷兰试块。）现将钢轨 探伤工作中常用的国家标准试块简介如下：

47 （1）CSK—ⅠA 试块

48 （1）CSK—ⅠA 试块 该试块是国家TB1152-81规定的试块，它与IIW试块相比有三处不同：
一是将R100圆曲面改为R50、R100阶梯圆曲面，可获得二个反射回波，校正横波扫描速度；二是将Φ50孔改为Φ40、44、50台阶孔，有利用测定斜探头的分辨力；三是将折射角改为K值。

49 其用途有以下几条： ①利用厚度25mm和高度100mm，测定探伤仪的水平线性、垂直线性、动态范围和调整纵波探测范围。 ②利用R50和R100调整横波探测范围或测定斜探头的入射点（前沿长度）。 ③利用85、91、100mm测定直探头分辨力；利用Φ40、Φ44、Φ50曲面测定斜探头分辨力。

50 ④利用Φ50曲面和Φ1.5横孔测定斜探头K值。 ⑤利用Φ50有机玻璃块测定直探头盲区和穿透力。 ⑥利用试块直角棱边测定斜探头的声轴偏斜角。 （2）SH—1半圆试块图 该试块最大优点是体积小携带方便。可调整探测范围，测定仪器的水平线性、垂直线性、动态范围，测定斜探头的入射点、折射角及调整探伤灵敏度。

51 （3）CS-1-5试块图 CS-1试块属成套试块，主要用于绘制振幅—当量曲线和当量法确定被检工件内的缺陷大小；测定直探头声束偏移量；测量探伤仪衰减精度。CS-1-5试块是CS-1系列中的一块，其平底孔为Φ2mm，常用于测试直探头和仪器组合的灵敏度余量。

52 2、对比试块 对比试块是指调整超声波检测系统灵敏度或比较缺陷大小的试块。属非标试块，一般采用和被检材料特性相似的材料制成。 （1）WGT—3试块图 该试块主要用于测定斜探头的距离幅度特性和斜楔内反射回波幅度，也可作为0°、 37°、70°探头灵敏度余量的测定。

53 WGT—3试块 该试块主要用于测定斜探头的距离幅度特性和斜楔内反射回波幅度，也可作为0°、 37°、70°探头灵敏度余量的测定。

54 （2） DB－H2 试块 该试块主要用于测定斜探头的距离幅度特性。

55 （3） 阶梯试块 该试块主要用于测定直探头的距离幅度特性和阻塞特性。

56 3、专用试块 专用试块是指专供钢轨探伤灵敏度校验用的试块。按其作用也属于对比试块。 （1）GTS—60 试块 ① 轨头中设有Φ4平底孔和Φ3横孔，两者都是检验70°探头的探测性能。 ② 轨腰上线切割槽是检验0°、37°探头的探测性能。 ③ 轨腰上Φ6横通孔是检验0°探头的探测性能。

57 （1）GTS—60 试块

58 （2）GTS—60加长试块 该试块一套两块，即为A、B型。试块的长度1.4m，加工时A型和B型两根轨配套成为一个自然接头，各种人工缺陷的方向及位置以轨缝为中心左右对称，其中轨头Φ3横孔，一根加工在外侧（A型），另一根加工在内侧（B型），它保持GTS—60试块作用外，还有以下三点作用： ①在轨头增加了Φ4平底孔，方便70°探头不同组合形式下的探测性能检验。 ②在轨腰增加了Φ8横通孔，用于双45°探头穿透探伤灵敏度的校验。 ③在轨底中心部位（第三螺孔下方）有一深3mm、宽0.5mm、长10mm的“月牙形”裂纹，用于检验37°探头对轨底横向裂纹的检验能力。

59 （2）GTS—60加长试块

60 （3）焊缝探伤试块图 该试块两端共钻8个Φ2×20平底孔，主要用于60kg/m轨焊缝轨头、轨腰、轨底探伤灵敏度的校验。

61 1．目前最常用的钢轨超声波探伤仪显示方式为( )。
(A) A型显示. (B) B型显示 (C) C型显示 (D) A型显示和D型显示 2．信号幅度与超声波传播时间以直角坐标形式表示的显示方式，称为( ) (A) A型显示 (B) B型显示 (C) C型显示 (D) X-Y记录仪显示 3．以平面视图显示或描记缺陷的显示方式，称为( )。 (A) C型显示 (B) A型显示 (C) X轴图表记录 (D) 带状图表记录 4. 显示试件横截面表示超声波探伤结果的方法称为( )。 (A) A型显示 (B) B型显示. (C) C型显示 (D) X—Y记录仪显示

62 5．前后37°探头都有类似螺孔向上裂纹的异常波形一般是( )。
(A)大小孔 (B)双环孔. (c)导线孔 (D)拉长孔 6．紧靠螺孔波后且与螺孔波同步显示，螺栓松动后消失的异常波形一般是( )。 (A)卷边孔 (B)尖刀孔. (c)气割孔 (D)透声孔 7．A型显示的示波屏上的水平基线表示( )。 (A)超声波反射能量的大小 (B)探头的移动距离 (C)超声波传播的时间或距离. (D)反射波的垂直高度

63 8.协调超声波仪器各部分正常工作的电路称为( )。
(A) 衰减器 (B) 接收放大器 (C) 同步发生器. (D) 电源 9．使发射探头的晶片获得突发性能量的电路称为( )。 (A) 脉冲发生器. (B) 接收放大器 (c) 衰减器 (D) 同步发生器

64 10．将接收到的信号放大后，使之变为合适的信号输至示波管显示的电路称为( )。
(A)脉冲发生器 (B)接收放大器. (C)同步发生器 (D)扫描线路 11．探伤仪扫描发生器是用来( )。 (A) 产生水平基线 (B) 触发脉冲发生器工作 (C) 控制脉冲发射次数 (D) 抑制杂波 12．A型显示中，如信号以水平基线为中心作上下对称显示者，则称为( )。 (A) 视频显示 (B) 射频显示 (C) 音频显示 (D)调频显示

65 13．为了方便读取缺陷距离，在某些探伤仪的水平基线上具有等分的距离标记，这种标记常称为( )。
(A)始脉冲 (B)时间/距离线 (C)时标. (D)扫描线 14.探头中压电晶片的功能是( )。 (A)将电能转换成机械能 (B)将机械能转换成电能 (C)电能与机械能相互转换. (D)将电能转换成声能 15．带有斜楔的探头可用于( )。 (A)双晶片垂直法探伤 (B)斜射法探伤. (C)纵波垂直法探伤 (D)反射法探伤

66 16．由三个或更多的压电晶片组装的探头，常称为( )。
(A) 联合双探头 (B) 分割式探头 (C) 组合收发式探头 (D) 阵列式探头. 17．探头中产生和接收超声波的元件，称为( )。 (A) 背衬材料 (B) 波形转换器 (C) 压电晶片或换能器. (D) 保护膜 18．使用天然石英晶体做换能器的缺点是( )。 (A) 在水中会溶解 (B) 发射声波效率低. (C) 机械和电气性能不稳定 (D) 易老化

67 19．探头的频率取决于 ( )。 (A) 晶片的厚度. (B) 晶片材料的声速 (C) 晶片材料的声阻抗 (D) 晶片材料的密度 20.选择较小尺寸的探头晶片探伤( )。 (A) 有利于发现缺陷 (B) 不利于对缺陷定位. (C) 可提高探伤灵敏度 (D) 有利于对缺陷定位 21．探头中压电晶片厚度最大的是( )。 (A) lMHz探头. (B) 5MHz探头 (C) 15MHz探头 (D) 25MHz探头

68 22．连接超声波探伤仪和探头的电缆，是由一层导体将另一根带绝缘层的导线包在中心，这种电缆称为( )。
(A) BX电缆 (B) 导线管 (C) 同轴电缆. (D) 超声传导电缆 23．在超声波探伤仪示波屏上能显示的信号最大高度，称为( )。 (A) 距离一振幅高度 (B) 吸收电平 (C) 垂直极限 . (D) 分辨率极限 24．盲区是超声波探伤系统重要的性能指标之一，因为它关系到( )。 (A) 检出平行于超声波束的缺陷 (B) 检出位于锻件中心部位的小缺陷 (C) 检出表面缺陷 (D) 检出近表面的缺陷.

69 25.描述超声波探伤系统区分两个相邻的缺陷回波能力的术语是( )。
(A)灵敏度 (B)穿透力 (c)分离 (D)分辨率. 26．在多数情况下，下列几种频率中能获得最佳分辨率的是( )。 (A)l MHz (B)5MHz (C)10MHz. (D)2.5 MHz 27．表示声速、频率、波长三者关系的公式是C=λ·ƒ，当波长变化时( )。 (A)频率变化 (B)声速变化 (C)声速不变 (D)频率变化而声速不变. 28．超声波在钢中的纵波声速为( )。 (A)2 730m/s (B)5 900m/s. (C)3 230m/s (D)6 250m/s

70 29．超声波在钢中的横波声速为( )。 (A) 2 730m/s (B) 5 900m/s (C) 3 230m/s. (D) 6 250m/s 30．在老杂轨地段，为0°探头螺孔回波显示时探头移位较长的异常波形 (A) 大小孔 (B) 双环孔 (c) 导线孔 (D) 拉长孔. 31．按探伤使用目的，加工有一个或多个人工缺陷的金属块，称为( (A) 清洗器 (B) 晶片准直器 (C) 角度调整器 (D) 对比试块. 32．超声波纵波又称为( )。 (A) 压缩波 (B) 疏密波 (C) 压缩波与疏密波. (D) 剪切波

71 33．超声波横波又称为( )。 (A) 压缩波 (B) 疏密波 (C) 压缩波与疏密波 (D) 剪切波. 34．对比试块的主要用途是( )。 (A) 帮助探伤人员获得最大底面回波 (B) 在仪器上获得最大灵敏度 (C) 获得一个一致的用来校正探伤灵敏度和对比缺陷大小的参考基准. (D) 用来比较缺陷的大小 35．标准试块的材质形状尺寸和人工缺陷形式与对比试块的不同，主要表现在( )。 (A) 须与所检工件及要求检出的缺陷一样 (B) 经过主管机关检定认可. (C) 不一定有人工缺陷 (D) 外表面必须精磨光滑

72 36．超声波在有机玻璃中的纵波声速为( )。 (A) 2 730m／s. (B) 5 900m／s (C) 3 230m／s (D) 6 250m／s 37．用对比或标准试块调整探伤装置或仪器的过程，称为( )。 (A)角度调节 (B) 对比 (Ｃ) 衰减调节 (D) 标定. 38．粗糙的探测表面将导致( )。 (A) 缺陷回波幅度降低 (B) 接收脉冲宽度增加 (Ｃ) 盲区加大 (D) 上述都对.

73 39．为提高透入工件的超声波能量，在探头和探测面间施加一种介质，这种介质称为( )。
(A) 湿润剂 (B) 耦合剂. (Ｃ) 传声剂 (D) 润滑剂 40. 超声波探伤时施加耦合剂的主要原因是( )。 (A) 润滑接触面尽量减少探头磨损 ( )。 (B) 排除探头与探测面间的空气，否则几乎使超声波完全反射. (C) 晶片与探测面直接接触时就不会振动 (D 使探头可靠接地 41．钢轨探伤仪37°探头位置应置于( )。 (A) 轨头中心 (B) 轨腰投影位置. (C) 偏轨头内侧 (D) 偏轨头外侧 42．探头在工件探测面上用手工或自动移动的过程称为( )。 (A) 扫查. (B) 测定 (C) 校正 (D) 调谐

74 43．将超声波以脉冲形式发射到被检工件内，然后根据接收到的回波情况来判断缺陷、材质等方法称为( )。
(A)脉冲反射法. (B)连续波法 (C)共振法 (D)传透波法 44．将两个探头分别放在被检工件相对的表面上，其中一个探头发射另一个探头接收，通过观察声波穿透试件后的声压变化情况进行探伤的方法称为( )。 (A)接触法 (B)表面波法 (C)穿透法. (D)泵姆渡法 45．有缺陷存在，但不会在仪器示波屏上显示缺陷回波的探伤方法称为( )。 (A)垂直法 (B)表面波法 (C)斜射法 (D)穿透法.

75 超声探伤设备理论复习

76 超声探伤设备理论复习 无损检测概论 （一）无损检测简介 无损检测的定义 无损检测的特点 无损检测的发展的三个阶段 （二）无损探伤方法 1、无损探伤的定义 2、无损探伤的五种方法及适用范围 3、超声探伤到的定义 （三）超声探伤概况 1、超声探伤的优点 2、超声探伤的缺点

77 第二章 超声波的物理基础 超声波的一般概念 1、机械振动定义和机械波产生具备的两个条件。 2、波的定义和分类（电磁波、机械波） 3、超声波的定义 4、压电效应的定义 5、超声波的波型分类（纵波、横波、表面波、板波） 6、超声波的主要物理量（λ、ƒ、C）及三者之间的关系 7、不同波型的超声波在同一材料中传播或同一波型的超声波在不同材料中的声速各有不同。

78 超声场 超声场的特征量（P、I、Z）及关系I=P2/2Z。 超声场的结构及声压分布规律 （1、在远场区超声波以一定的指向角传播，而且声压幅度值呈单调下降，2、当X＞3N时，声压的变化规律与球面波相似，按球面波声压公式计算） 近场区长度N=D2/4λ=A/Пλ 超声场的指向角 圆晶片θ0 =arc sin1.22 λ/D； 方晶片θ0 =arc sin1.08 λ/a（a-晶片边长）

79 超声波在异质界面上的反射和折射 1、R=(Z2－Z1)/ (Z2+Z1) 2、D=2Z2/ (Z2+Z1) 3、T=4 Z1Z2/ (Z1+Z2)2 纵波斜入射到异质界面上的反射和折射 1、反射和反射定律 2、折射和折射定律 3、反射角、折射角的计算 4、临界角（α1、α2、α3） 5、端角反射 超声波的散射、绕射和衰减 1、衰减及衰减的原因 2、衰减系数的测定（相对法、绝对法）

80 远场中规则反射体的反射规律 各种规则反射体的反射及其反射声压（大平底、平底孔、长横孔、短横孔、球孔） 缺陷相对反射体声压反射率及其应用 （1）平底孔相对大平底的声压反射率的计算 （2）平底孔相对平底孔的声压反射率的计算 （3）平底孔相对长横孔的声压反射率的计算 （4）缺陷当量计算和孔型转换

81 第三章 超声波探伤仪、探头、试块 （一）超声波探伤仪 1、超声波探伤仪的种类A显、B显、C显。 2、脉冲反射式探伤仪的电路组成及工作原理。 3、A型超声波探伤仪的主要性能（水平线性、垂直线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力盲区、电噪声电平） 4、CTS-22型探伤仪的调节及使用

82 （二）超声波探头 1、探头的基本结构（直探头、斜探头） 2、压电晶片的作用：将电能—声能（发射）是逆压电效应；将声能—电能（接收）是正压电效应。 3、探头的种类 （1、单晶片探头（纵波直探头、横波斜探头）2、双晶片斜探头） 4、探头型号的编制 （三）超声波试块 1、试块的用途 2、试块的分类及用途 （1）CSK-ⅠA试块 各部尺寸、用途。 （2）SH-1半圆试块各部尺寸、用途。 （3）CS-1-5试块各部尺寸、用途。 3、对比试块 （1）WGT-3试块各部尺寸、用途。 （2）GTS-60试块 人工缺陷的位置和用途。

83 第四章 超声探伤技术 （一）超声探伤方法 1、超声探伤的三种基本方法 2、超声脉冲探伤方法的分类 （1）纵波法（一次脉冲反射法、多次次脉冲反射法） （2）横波法（单探头法、双探头法、多探头法） （二）超声探伤要求 1、探伤工件的调查 2、探测面的制备 3、耦合剂的选择 4、仪器和探头的选择

84 （1）探伤仪的选择 （2）探头的选择(a探头类型的选择、b斜探头的K值选择、c探头频率的选择及两个标准) 5、测距（探测范围）的选择和校正（按深度校正） 6、探伤灵敏度的调整 （1）试块调节法 （2）底面调整法 （3）灵敏度调整量的计算 根据计算结果作补偿，最后确定探伤灵敏度。

85 7、扫查方式的选择 扫查考虑的两个原则：一是保证工件的整个区有足够的覆盖；二是扫查过程中声束入射方向始终符合规定的要求。 （1）扫查速度 （2）扫查幅度 （3）扫查力度 （4）扫查方向 （5）扫查方式

86 （三）影响缺陷波高的因素 1、影响因素的分析 2、缺陷状态对反射波高的影响 a缺陷位置的影响；b缺陷形状的影响；c缺陷方向的影响；d缺陷表面粗糙度的影响；e缺陷波的指向性的影响；f缺陷性质的影响。 （四）缺陷的测定 1、缺陷的定位 （1）垂直法探伤的定位

87 （2）斜射法探伤的定位 a相对测定法 b声程换算法 c直接定位法 2、缺陷的定量 测定工件内的缺陷大小和数量，称为缺陷的定量。 （1）以底波幅度作基准的定量法 a百分比法 b声压比法

88 （2）以试块作比较的当量法 （3）以声束指向为基础的延伸度法 a半波高度法 b全波消失法 c端点反射法 缺陷的定性 缺陷的定性是评定工件是否符合质量要求的重要依据之一。 （1）根据加工工艺分析缺陷性质 （2）根据缺陷特征分析缺陷性质 （3）根据缺陷波形特征分析缺陷性质 （4）根据缺陷底波变化分析缺陷性质 （5）根据缺陷动态波形分析缺陷性质

89 一、填空题：1、 探伤主要检查材料内部缺陷。渗透探伤只能检查材料表面开口缺陷。
探伤检查铁磁材料表面或近表面开口缺陷。 利用电磁感应原理检查导电材料表面或近表面开口缺陷。 2、产生波动必须具有两个条件： 和 。 3、超声波在介质中的传播速度取决于 和 。 4、脉冲反射式A型显示超声波探伤仪通常由发射电路、接收放大电路、 、 显示电路和电源电路等部分组成。 5、直探头组成的主要元件有 、 、 、匹配线圈、外壳和引线等。

90 6、通常所说的斜探头K值是指在探测钢工件时的折射角的 。
7、Ａ型显示的超声波探伤仪的示波屏横轴表示 ，纵轴表示 。 8、Ａ型显示的探伤仪的示波屏时基线满刻度按声程250 mm标定，某缺陷回波显示于刻度8格，则声程是 mm； 声程是75mm的缺陷，其回波应显示在刻度 格。 9、试块比较法确定当量缺陷，通常直探头以 试块比较，斜探头以圆柱孔试块和 试块比较。 10、超声波钢轨探伤仪的垂直线性TB/T2340—2000规定：“垂直线性误差不大于 ％”。若一台垂直线性良好的探伤仪，当衰减器上读数增加18dB时，波幅从荧光屏垂直刻度的80％降至 。

91 二、单项选择题： 1.超声波波形上的某一点到相邻的同相（位）点之间的距离叫做( )。 Ａ、频率 Ｂ、波长 Ｃ、速度 Ｄ、脉冲长度 2.超声波在相同的材料中传播，波长最短的超声波频率是( )。 Ａ、1MHz Ｂ、2.5MHz Ｃ、5MHz Ｄ、10MHz 3.一定频率的超声波通过声速低的材料时，其波长将比通过声速高的材料时( )。 Ａ、一样 Ｂ、增长 Ｃ、减短 Ｄ、成倍增长

92 4.电能转变成声能的器件叫做( )。Ａ、发射器Ｂ、辐射器Ｃ、分离器Ｄ、换能器
5.同一材质中，下列波型中声速最小的是( )。Ａ、切变波Ｂ、横波Ｃ、表面波Ｄ、纵波 6.声波的传播速度主要取决于( )。Ａ、脉冲长度Ｂ、频率Ｃ、传播介质及波型Ｄ、上述都不对 7.缺陷反射声能大小取决于( )。Ａ、缺陷大小Ｂ、缺陷取向Ｃ、缺陷类型Ｄ、上述三种都包括

93 8.直径和频率均相同的探头，在下列材料中扩散程度最大的是( )。
Ａ、水Ｂ、钢 Ｃ、铝Ｄ、有机玻璃 9.下列几种直探头在探测同一材料时，具有最大近场区的是( )。 Ａ、直径14、1MHzＢ、直径14、2.5MHzＣ、直径20、1MHzＤ、直径30、2.5MHz 10.下列不同频率的超声波在检验粗晶材料时，最不易在晶粒界面上产生散射( )。 Ａ、1MHzＢ、2.5MHz Ｃ、5MHzＤ、10MHz 11.将超声波以脉冲形式发射到被检工件内，根据接收到的回波情况来判断缺陷存在的方法是( )。

94 Ａ.杂波； Ｂ.始波； Ｃ.发射脉冲； Ｄ.底面回波。
13.用任何方法作超声波探伤时，为有效的检测缺陷，应使( )。Ａ、超声波束尽可能地与缺陷最大表面垂直Ｂ、超声波束尽可能地与缺陷最大表面平行Ｃ、底面回波尽可能地多Ｄ、超声波束与试件底面垂直 14.用试块对比法求得的缺陷大小( )。Ａ、称为当量；Ｂ、与实际大小相等；Ｃ、是缺陷的最大长度；Ｄ、上述都不对。 15.因表面粗糙使超声波束产生的漫射叫做( )。Ａ、角度调整Ｂ、散射Ｃ、折射Ｄ、反射

95 16.已知第一介质的纵波声速为2700m/s, 第二介质的横波声速为3230m/s, 纵波入射角30°时, 透入第二介质的横波折射角等于( )。Ｂ、37°Ｄ、51°
17.一般仪器的测距，《粗调》开关所指的读数，是指（ ）的最大距离。Ａ、纵波检测钢材料Ｂ、横波检测钢材料Ｃ、纵波检测任何材料Ｄ、表面波检测钢材料 18.协调超声波仪器各部分正常工作的电路称为( )。Ａ、衰减器Ｂ、接收放大器Ｃ、同步发生器Ｄ、电源 19.使发射探头的晶片获得突发性能量的电路称为( )。Ａ、脉冲发生器Ｂ、接收放大器Ｃ、衰减器Ｄ、同步发生器

96 20.示波屏上显示的杂波主要来自 ( )。Ａ、裂纹Ｂ、大夹渣 Ｃ、材料的粗晶Ｄ、气孔
21.容易检测到的缺陷尺寸一般不小于( )。A．波长的一半B．1个波长C．1／4波长D．若干波长 22．超声波探伤时，两个回波(A1，A2)幅度差之比用分贝表示的关系式是( )。A．101gA1/A2B．201g A1/A2C．301g A1/A2D．401g A1/A2 23．超声波到达两个不同材料的界面上，可能发生( )。A．反射B．折射C．波型转换D．上述三种都对

97 24．仪器面板上影响探伤灵敏度的旋钮有( )。A．发射和增益B．深度补偿C．衰减和抑制D．上述三种都对

98 28．用直探头在工件端面探测距侧壁极近的小缺陷时，探头最不利的探测位置是( )。A．尽可能靠近侧壁B．距侧壁10mm处C．距侧壁一个探头直径的距离D．距侧壁两个探头直径的距离
29.超声波自声阻抗Z1的介质垂直人射至声阻抗 Z2的无限大界面上，此时声压反射率可由( )式来求解。A．（Z2－Z1）/（Z2＋Z1）B．（Z1－Z2）/（Z2＋Z1）C．4Z1Z2/（Z1＋Z2）2B．2Z2/（Z2＋Z1） 30．用单探头法探测两个表面平整，但与入射声束取向不良的缺陷，(二缺陷取向和声程相同且无工件界面的影响) ( )。A．面积大的当量一定大B．面积小的当量一定小C．面积大的当量反而比面积小的小D.它们的当量相等

99 三、判断题： 1、超声波是振动频率超过人耳听觉范围的声波，是机械波的一种，其频率高于2000Hz。[ ] 2、不同波型的超声波，在同一材料中传播速度各不相同。[ ] 3、主声束与缺陷主反射面所构成的夹角叫做缺陷取向。[ ] 4、超声波从一种介质进入另一种介质传播方向改变的现象叫做扩散。[ ] 5、联合双直探头有二块压电晶片，在电路和声路上彼此分隔，晶片之前装有延迟块，此种探头的盲区小，有助于近表面缺陷的检出。[ ]

100 6、盲区是指在一定探伤灵敏度下，从探侧面至可探测缺陷的最大距离。盲区越大，则近区分辨力越差。[ ]
7、在超声波的近场区中，声压的分布复杂，不能用于缺陷的检测和定量。远场区超声波以一定的指向传播，而且随距离的增大，声压幅度值单调下降。一般选在3N以远对缺陷检测和定量。[ ] 8、相同孔径的平底孔声程相差1倍，反射声压相差12dB。[ ] 9、相同声程的平底孔孔径相差1倍，反射声压相差6dB 。[ ] 10、70°探头发现核伤采用一次波校对,回波位移量大，则伤损一定大。 37°探头探伤时，螺孔三、四象限的裂纹波一定出在正常螺孔波之后。[ ]

101 四、问答题： 1.什么叫做压电效应? 2.在超声波探伤中，耦合剂的选择应满足哪些要求? 五、计算题：（每题5分，共15分) 1.以有机玻璃为斜楔的探头，在钢中的横波折射角为70°时，求入射角 (CL有机＝2730米/秒，CS钢＝3230米/秒，结果精度0.01) ？

102 2、某工件厚度为100mm，不允许当量Φ2平底孔及以上的缺陷存在，如何利用工件底面校正探伤灵敏度（λ＝2
2、某工件厚度为100mm，不允许当量Φ2平底孔及以上的缺陷存在，如何利用工件底面校正探伤灵敏度（λ＝2.36mm）？在校正后的灵敏度下探测发现深80mm处有一缺陷，其波高为6dB，求此缺陷平底孔当量？

103 六、画图题： 1. 画出CSK-ⅠA试块并标注各部分尺寸。 2. 画出SZT-8型钢轨探伤仪在有缝线路探伤中探头的排列组合图（标注推行方向、探头名称、超声波入射方向及通道编号）。

104 完 谢谢大家！