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  • 实验一 超声波探伤

      图5是直探头和斜探头探伤过程示意图。其中d:工件厚度,Bn:A扫描中的第n次回波。

      5/斜探头探伤示意图

      工作开始前,需要根据探头和被测工件的情况来校准仪器的声速、声程以及探头零点,以适应探伤条件。其中,声速和探头零点与状态行所显示参数的计算相关,所以在探伤前请务必校准;声程校准是为了使屏幕上显示适当声程范围内的波形,以便更好地判断、评价缺陷。

      1、探头校准

      1.1直探头校准(单探头)

      根据声速和探头零点的已知情况,确定校准步骤。若声速未知,则采用两点法先进行声速校准;若声速已知,则跳过声速校准,调节声速为已知声速后用一点法进行探头零点校准。

      步骤:

      先初步设定一大概的声速值(5920m/s);调节闸门逻辑为双闸门方式;

      将探头耦合到一与被测材料相同且厚度已知的试块上;

      移动闸门A的起点到一次回波并与之相交,调节闸门A的高度低于一次回波最高幅值至适当位置,闸门A不能与二次回波相交;

      移动闸门B的起点到二次回波并与之相交,调节闸门B的高度低于二次回波最高幅值至适当位置,闸门B不能与一次回波相交;

      调节声速,使得状态行显示的声程测量值(S)与试块实际厚度相同,此时,所得到的声速就是这种探伤条件下的准确声速值。

      设定闸门逻辑为单闸门方式,即设为进波报警或失波报警,此时声程测量的就是一次回波处的声程;

      调节探头零点,使得状态行的声程测量值(S)与试块的已知厚度相同,此时所得到的探头零点就是该探头的准确探头零点。

      下面以具体例子说明,见图6:

         

      图6 直探头零点校正示意图

      材料声速未知,设置接近的材料声速为5920m/s,设置闸门逻辑为双闸门方式,同时探头零点设置为0;将探头耦合到50mm的标定试块上,并将闸门调到与一次回波相交的位置,将B闸门调到与二次回波相交的位置;

      增加声速值,直到一、二次回波间声程显示的值为50mm,现在便测得了材料的准确声速是6016m/s;

      再将闸门设置为单闸门方式(进波报警或失波报警),测量一次回波处的声程,连续调节探头零点直到一次回波处测得的声程值为50mm,现在便测得了探头零点为0.57us。

      1.2斜探头校准

      步骤:1、校准入射点(探头前沿);2、校准探头角度(K值);3、校准材料声速;4、校准探头零点。

      1、校准入射点(探头前沿):用IIW试块(又称荷兰试块)或CSK-IA试块测斜探头零点,首选将仪器声速调节为3230m/s,探测范围为150mm,然后开始测试,如图7将探头放在试块上并移动,使得R100mm的圆弧面的反射体回波达到最高,用直尺量出探头前端面和试块R100mm弧圆心距离,此值即为该探头的前沿值,R100mm弧圆心对应探头上的位置即为探头入射点。

      图7 斜探头入射点校正示意图

      2、校准探头角度(K值):如果是用角度值标定的探头可用IIW试块校准,如果是用K值标定的探头,则可用CSK-IA试块校准。这两种试块上有角度或K值的标尺,按探头标称值选择合适的标尺(右图8所示,在IIW试块上侧可校准60-76度的探头,下侧可校准74-80度的探头,CSK-IA试块上侧可校准K2.0、K2.5、K3.0的探头,下侧可校准K1.0、K1.5的探头。请按试块上的标定值选择用合适的校准试块及校准方法)。如图放置探头,左右移动使得反射体回波达到最高,此时入射点对应的刻度就是探头的角度或K值。

      图8 斜探头角度校正示意图

      3、校准材料声速按照1中所述找到R100mm的最高反射波,调节探测范围使得屏幕上能显示该弧面的二次回波,选择闸门方式为双闸门,调节A闸门与一次回波相交,调节B闸门与二次回波相交,调节声速值使得状态行中声程测量值(S)为100,此时得到的声速值即为该材料的实际声速值。

      4、校准探头零点保持上面的测量状态,将闸门方式改为单闸门方式(进波报警或失波报警),调节探头零点使得状态行中声程测量值(S)再次为100,此时得到的探头零点值即为该探头的零点值。

      斜探头的校准方法有很多,并不完全拘泥于用标准试块进行校准,也可以用已知深度的小孔进行校准,理论上参考反射体越小,校准的精度越高,但校准的难度也相应的加大。用小孔校准时可通过测量小孔的深度和水平位置,计算斜率来校准角度,并利用测得的深度或水平位置值校准声速和探头零点。

      2、DAC曲线应用方法

      DAC曲线是用于区分大小相同,但距离不同的反射体幅度的变化。正常情况下,试件内同样大小,距离不同的反射体,由于材料的衰减,波束的扩散而造成波幅的变化。DAC曲线是用图示方式补偿材料衰减,近场影响,波束扩散和表面光洁度。正常情况下,在绘制好DAC曲线后,不管试件中反射体的位置如何,同样大小的反射体产生的回波峰值均在同一条曲线上。同样道理,比试件中反射体较小的反射体产生的回波会落在该曲线下面,而较大一些的会落在该曲线上面。

      1、选择探伤通道通过翻页键及功能键<F4>选择存储功能组,调节探伤通道号,选择一个通道作为当前探伤条件下仪器设置通道,例如:No.1。(注:每个的通道下可保存一组DAC曲线标定点,这些标定点不需要进行保存操作,当标定点被标定后将直接保存在当前通道下,如果希望在该通道下同时保存仪器当前参数设置,则需要通过“存储”->“通道保存”操作来完成。)

      2、制作DAC曲线通过翻页键及功能键<F2>择DAC功能组,按下述说明添加标定点,当添加两个标定点后,将会在仪器上自动绘制DAC曲线。(注意:请沿探测范围由小到大标定数据,即后标定的点要在前一个标定点后面,且其回波高度不应高于前一个标定点,如果后点回波高度高于前点DAC曲线会被绘制为直线。)

      DAC标定点功能菜单用来记录做DAC曲线所需要的回波信息,修正点选择功能用于选择需要进行修正的标定点。

      DAC标定点:范围:1~30。

      操作:确认闸门工作在单闸门(进波报警或失波报警)状态。利用翻页键切换功能页。通过功能键<F2>选择DAC功能组,再用功能菜单对应的菜单键选择DAC标定点功能菜单。在每次标定前,先将A闸门移至所需参考回波处,并使参考回波落在闸门内,然后用拨轮<+>来添加标定点,重复相同的操作可以继续添加标定点。通过拨轮<->可以删除上一个标定点。利用同一个菜单键来切换DAC标定点、修正点选择功能。

      DAC修正点:范围:1~30,但不大于DAC标定点的值。

      操作:利用翻页键切换功能页。通过功能键<F2>选择DAC功能组,再用功能菜单对应的菜单键选择修正点功能菜单,然后用拨轮来选择修正点。利用同一个菜单键来切换DAC标定点、修正点选择功能。

      3、调节三条偏置曲线的偏置值通过翻页键及功能键<F2>选择DAC功能组,按检测标准规定调整三条偏置曲线,即DAC评定线、DAC定量线、DAC判废线的偏置值到需要的设置。

      4、表面粗糙度补偿通过翻页键及功能键<F2>选择DAC功能组,调节增益校正功能菜单,对工件表面粗糙度进行补偿,如标准中需要补偿5dB,则将增益校正调节为-5dB,此时三条DAC偏置曲线将下降5dB,用户可相应的调节仪器增益,使得仪器探伤灵敏度相应的增加5dB。

      5、绘制好的DAC曲线如图9:三条DAC曲线将屏幕划分为I、II、III三个区域,现场探伤时这三条DAC曲线将绘制在屏幕上,操作者可根据反射体回波高度所在的区域来直接确定缺陷性质。

      图9 DAC 曲线图

      6、当量计算如果希望测量闸门内缺陷回波的当量值,可通过翻页键及功能键<F4>选择显示功能组,选择测值显示功能,将其调节为当量SZ,然后通过翻页键及功能键<F2>选择DAC功能组,用S4键选择当量标准功能,调节当量标准将相应的DAC偏置曲线作为测量的标准。

      7、现场应用实际应用时请先选择上述制作的DAC曲线所在的组号,此时该组下的DAC曲线将被绘制到屏幕上(如果DAC曲线没有被绘制,请检查DAC曲线功能菜单是否设置为开),如果还希望使用该通道下的参数设置(包括三条DAC曲线的偏置设置以及增益校正值)时,请做“高级”->“设置调出”操作,否则可不用做此操作。

      3、测量内容解释及注意事项

      使用本探伤仪进行测量需要进行如下工作:

      设置好闸门的起点、闸门宽度、闸门阈值以及闸门报警方式。

      测量内容如图10所示:

      图10 测量内容示意图

      s:表示声程;

      d:表示缺陷的深度;

      t:表示工件的厚度;

      x:表示超声源到探头前沿的距离;

      p:表示缺陷距离探头前沿的水平距离;

      当使用直探头时,由于d值与S值重合,因此x、p、d、D值失去意义,x值不需要设定,p、d、D值也将不会显示。

      在进行测量前要注意:

      包括声速、探头零点在内的仪器标定工作应完成,测量方式可选择前沿方式与峰值方式。测量的波幅为闸门内波幅最高的回波波幅。在前沿测量方式下,测量的声程为闸门内回波的前沿(回波波形曲线的上升线)处声程值。因此,选择前沿方式时,对闸门内回波波幅的测量值受到闸门阈值(高度)的影响。

      声程测量只有闸门开启时才能测量,在测量前首先选择测量方式:边沿方式、峰值方式。然后选择单双闸门方式。单闸门(进波报警或失波报警)方式下,测量值为闸门内回波前言或峰值处的声程值。双闸门方式下:测量值为起始于A闸门内回波终止于B闸门内回波之间的声程值。

      4、标准试块探伤

      连接探头并设置好相关参数。使用标准试块进行测厚,定缺陷位置及制作DAC曲线等相关实验。

      5、上位机控制探伤

      将探伤仪连接控制电脑,实时采集探伤图谱,并制作探伤报告。

      仪器当前正在对一被测工件进行探伤操作,用户需要把仪器端波形图形同步传输到PC机端。

      1、接入仪器、通过主菜单打开数据通信窗口进行打开并连接仪器操作。

      2、确保状态指示器全部亮绿灯时,在工具栏点击『实时显示』按钮。系统进行实时波形显示。假定仪器端此时正在对一被测工件进行探伤操作,则仪器屏幕图形会同步显示在本系统中。

      3、取消实时显示功能,只需再次点击『实时显示』按钮。

      4、系统自动弹出是否保存数据到数据库的提示(系统按照关联信息选项卡波形相关的信息进行数据库保存;若在填写关联信息时选中了“自动保存到数据库”单选框则不会出现保存数据到数据库的提示),选择『是』保存数据到数据库。

      5、然后,用户可以通过参数文件选项卡查看该波形对应的参数配置和测量结果。

      6、点击报告制作按钮,超声探伤报告自动进行。在报告制作窗口用户可以自行检查相关信息,编辑修改最后保存及打印。

      7、回到系统主界面打开波形数据管理窗口,可以查看我们刚才保存的数据记录,也可在波形数据综合查询窗口通过输入与刚才保存数据时相关的信息查询到刚才保存的数据记录。双击数据记录,可再次对该文件解析,绘制波形查看参数配置。