一、实验目的
1、掌握纵波探伤时扫描速度的调整方法。
2、掌握纵波探伤时灵敏度的调整方法。
3、掌握纵波探伤时缺陷定位、定量的方法。
4、掌握纵波平底孔AVG曲线的测绘方法。验证理论回波声压公式。
二、原理
1、纵波发射声场与规则反射体的回波声压
超声振动所波及的部分介质称为超声场，超声场分为近场区和远场区。近场区波源轴线上声压起伏变化，存在极大极小值，纵波声场的近场区长度N=DS／4λ。至波源的距离大于近场区长度的区域称为远场区。远场区内波源轴线上声压随距离χ增加单调减少，当χ≥3N时，声压与距离成反比，符合球面规律：
式中 ——波源起始声压；
——波源面积．
在实际探伤中，广泛采用单探头反射法探伤，波高与声压成正比。平底孔、大平底回波声压：
平底孔：
(2.1)
大平底：
(2.2)
式中 －平底孔面积， 。
由(2.1)式得不同直径、不同距离的平底孔分贝差：
(2.3)
由(2.2)式得不同距离大平底回波分贝差为：
(2.4)
由(2.1)、(2.2)可得，不同距离处大平底与平底孔回波分贝差为：
(2.5)
2、距离－波幅－当量曲线(AVG曲线)
在超声波探伤中，自然缺陷的形状、性质和方向各不相同，回波相同的缺陷实际上往往相差很大，为此特引进“当量尺寸”来衡量缺陷的大小。在相同探测条件下，当自然缺陷与某形状规则的人工缺陷回波等高时，则该人工缺陷的尺寸就为此自然缺陷的当量尺寸。
描述规则反射体的距离、波幅、当量大小之间的关系曲线称为距离－波幅－当量曲线，德文为AVC；曲线，英文为DGS曲线。
AVG曲线常见形式是横坐标表示反射体至波源的距离，纵坐标表示反射体回波相对于基准波高的分贝差。每一条曲线对应于一种当量尺寸的规则反射体的回波高随距离而变化的规律。
纵波平底孔AVG曲线如图2.1，图中χ≥3N范围内的曲线可以通过实测CS－2试块得到，也可以通过理论计算公式(2.3)、(2.4)、(2.5)得到。但χ＜3N区域的曲线只能通过实测CS－2试块得到。
利用AVG曲线可以对缺陷定量和调节探伤灵敏度。
3、扫描速度与探伤灵敏度
(1)扫描速度：仪器荧光屏上的水平刻度值dB与实际声程之间的比例关系称为扫描速度。例如扫描速度1:2，表示荧光屏上水平刻度值1代表实际声程2mm。
探伤前调整扫描速度是为了在规定的范围内发现缺陷并对缺陷定位。
调整扫描速度，是以两次不同声程的反射波分别对准相应的水平刻度值来实现的。
(2)探伤灵敏度：灵敏度是指发现最小缺陷的能力，探伤灵敏度是通过调节仪器的灵敏度旋钮来调节仪器输出功率，使探伤系统在规定的距离范围内正好能发现规定大小的缺陷。
探伤前调节探伤灵敏度是为了发现规定大小的缺陷，并对缺陷定量。
探伤灵敏度可以利用工件底波或试块来调节。
4、缺陷定位和定量
(1)定位：工件中缺陷的位置可以根据荧光屏上缺陷波前沿所对的刻度值和扫描速度来确定。设扫描速度为1:n，缺陷波所对读数为 ，则缺陷至探头距离为：
(2.6)
例如扫描速度为l:2，缺陷波水平刻度值 =25，则工件中缺陷至探头的距离 =2×25=50(mm)。
(2)定量：超声波探伤中，对缺陷定量的常用方法有当量法和测长法。
当量法包括当量试块比较法、当量计算法、当量AVG曲线法等。当量法适用于尺寸小于波束截面的较小缺陷定量。
测长法包括半波高度法、端点半波高度法等。测长法适用于大于波束截面的缺陷定量。
在锻件纵波探伤中，常用当量计算法对缺陷定量。先测定缺陷的距离 和缺陷相对波高的dB数，然后代入公式(2.3)、(2.4)来计算缺陷的当量尺寸。
三、实验用品
1、仪器：CTS-22、CTS-26等。
2、探头：2.5P20Z或2.5P14Z。
3、试块：CSK-IA，IIW，CS-2等。
4、耦合剂；机油。
四、实验内容与步骤
1、距离－波幅－当量曲线的测绘
(1)调有关旋钮使时基线清晰明亮并与水平刻度线重合。
(2)调整扫描速度：CS-2试块的最大声程为525mm，故仪器按1:6调整扫描速度。探头置于CSK—IA或IIW试块上，对准100mm平底面，调[深度]、[脉冲移位]、[增益]等旋钮，使荧光屏上出现6次底波，并使B3、B6分别对准水平刻度5.O和10.0，这时仪器1:6的扫描速度就调好了。
(3)调灵敏度(起始灵敏度)
①[衰减器]位置的确定：一般以使最低反射波达规定高时衰减量尽可能小为原则。这里统一以500/φ2为0dB作为超始灵敏度。
500mm处其他平底孔回波高由 等确定。500mm处大平底回波高由 确定，具体参见表2.1。
②调节方法：探头对准声程最大的CS-2试块中心，找到规则反射体最高反射波。衰减表2.1中对应的dB数，调[增益]使规则反射体最高回波达基准(50%)高。然后使[衰减器]增益△dB，这对起始灵敏度调好，即500mm处φ2平底回波正好达60%高。
表2.1
规则反射体尺寸 |
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与 平底孔分贝差 |
0 |
7 |
12 |
19 |
24 |
45 |
(4)测试：固定[增益]、探头置于不同厚度的试块上，前后、左右移动探头，找到规则反射体的最高回波，调[衰减器)使各回波达60%高，记录相应dB值填入表2.2。
对于3N以外的点也可用理论计算公式(2.3)、(2.4)、(2.5)推算得到，但3N以内必须实测。
(5)绘制曲线；以距离χ为横坐标，相对波高(dB)为纵坐标，在坐标纸上根据表2.2中列出的数据绘制平底孔AVG曲线。
图中应注明探测条件：探头的频率和直径。
2、锻件纵波探伤
任选1～2件厚度χ≥3N的CS-2试块作为锻件。要求探伤灵敏度为φ2。
(1)调扫描速度t据所选锻件的最大探测距离调整扫描速度。
(2)调探伤灵敏度；
①计算：由理论公式(2.5)确定最大声程处大平底与φ2平底孔的分贝差△为：
(2.7)
表2.2
距离X |
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平底孔回高dB |
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大平底波高dB |
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分贝差△也可从表2.2所列数据查到。
②调节：探头对准锻件大平底，[衰减器]衰减△dB，调[增益]使底波B1达基准(60%)高，然后用(衰减器)增益△dB。至此，φ2探伤灵敏度调好。
(3)扫查探测：固定(增益)，探头在探测面上扫查探测。发现缺陷后，前后左右移动探头找到最高回波，并用[衰减器]调至基准高，记录缺陷波前沿正对的水平刻度值 和缺路波达基准高(60%)时[衰减器]对应的dB值。
(4)缺陷定位：设扫描速度为d:n，则缺陷至探测面的距离： (mm)
(5)缺陷定量：根据缺陷的距离 和缺陷波与最大声程处φ2平底孔的分贝差△(即[衰减器]所对dB值)利用公式(1.3)计算确定其当量尺寸：
(2.8)
也可根据AVG曲线来确定缺陷的当量尺寸。
五、实验报告要
1、写出实验名称、目的和用品。
2、说明AVG曲线的测试方法，记录测试数据，绘制曲线。
3、说明锻件探伤步骤，确定缺陷的位置和当量大小(当量计算法)，注明所探锻件(CS-2试块)的序号。