超聲波探傷的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

李思廣　孫鵬

摘 要：為了提高超聲波檢測的教學(xué)效果，制定了實(shí)驗(yàn)方案和檢測流程。設(shè)計(jì)并制作了一款超聲檢測試件，并根據(jù)實(shí)際檢測情況總結(jié)了檢測時(shí)的注意事項(xiàng)，對(duì)超聲波檢測的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：超聲波;試件制作;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(xué)中的比重更加突出。為了提高教學(xué)質(zhì)量，采用理論結(jié)合實(shí)際的方式開展教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，通過對(duì)檢測設(shè)備的使用，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)超聲波檢測的認(rèn)知。因此，設(shè)計(jì)了一種簡單的超聲檢測方案用于教學(xué)檢驗(yàn)。

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(dāng)回波從試件的缺陷或邊界返回時(shí)，通過信號(hào)處理系統(tǒng)，在示波上加以顯示，并將其波幅和傳播時(shí)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(shí)間即可確定缺陷所在深度位置。

當(dāng)被檢材料內(nèi)部有一個(gè)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(hào)，超聲波穿過界面進(jìn)入被檢材料內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時(shí)都會(huì)有反射，反射信號(hào)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(hào)和底波信號(hào)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(hào)和底波信號(hào)區(qū)分開，然后通過超聲波試塊進(jìn)行標(biāo)定后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料缺陷的位置進(jìn)行定位。

二、實(shí)驗(yàn)方案

（1）準(zhǔn)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(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中間位置隨機(jī)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(hào)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(xué)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(jìn)行聲速校準(zhǔn)。④用探頭在被檢材料上掃查，查找缺陷位置并記錄在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的表格中，表格形式見下表。

（3）成績?cè)u(píng)判。將學(xué)生填入上表的檢測結(jié)果，與之前記錄的實(shí)際人工缺陷位置進(jìn)行比對(duì)，以此判定該學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果在真實(shí)位置的±10%以內(nèi)，均可判定為檢測結(jié)果有效。四個(gè)區(qū)域若有兩個(gè)區(qū)域的檢測結(jié)果無效，則該實(shí)驗(yàn)未通過。

三、實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

（1）檢測前需要多次進(jìn)行聲速校準(zhǔn)和零位校準(zhǔn)，以提高檢測精度。

（2）檢測時(shí)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(shí)的掃查方式采用S型步進(jìn)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(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生更好地理解超聲波探傷的原理，利用儀器設(shè)備動(dòng)手進(jìn)行真實(shí)檢測，在激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也提高了對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，對(duì)于提高了教學(xué)質(zhì)量起到了很大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐繼紅.無損檢測實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：53-57.