超声波探伤的教学实验设计

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　　摘 要：为了提高超声波检测的教学效果，制定了实验方案和检测流程。设计并制作了一款超声检测试件，并根据实际检测情况总结了检测时的注意事项，对超声波检测的实验教学有一定的参考意义。
　　关键词：超声波;试件制作;实验设计
　　 无损检测技术在许多工业领域占据重要地位，超声波检测作为无损检测中的一种重要检测手段，在课程教学中的比重更加突出。为了提高教学质量，采用理论结合实际的方式开展教学，让学生在学习理论知识的同时，通过对检测设备的使用，进一步加深学生对超声波检测的认知。因此，设计了一种简单的超声检测方案用于教学检验。
　　一、检测原理
　　超声波探伤具有反射和透射两种方法。其中反射方法精确度较高。图1是脉冲回波探伤仪的工作原理图。脉冲发射器通过探头将超声波短脉冲送入试件，当回波从试件的缺陷或边界返回时，通过信号处理系统，在示波上加以显示，并将其波幅和传播时间显示出来。如果已知试件中的声速，则根据示波器上的读数所获得的脉冲间的传输时间即可确定缺陷所在深度位置。
　　當被检材料内部有一个裂纹缺陷（或其它缺陷），将超声波探头放在被检材料的某一表面部位（该面称作探伤面、检测面），探头向被检材料发射超声波信号，超声波穿过界面进入被检材料内部，在遇到缺陷和两介质的界面时都会有反射，反射信号被探头接收后，通过探伤仪内部的电路转换，就可以把缺陷信号和底波信号形象地显示出来，如图2所示。根据超声波的声程，就可以轻易地将缺陷信号和底波信号区分开，然后通过超声波试块进行标定后，就可以实现对材料缺陷的位置进行定位。
　　二、实验方案
　　（1）准备试件：首先制备如图四块厚度为20mm的低碳钢板，将钢板划为A、B、C、D四个区域，每个区域中间位置随机钻深度为0-15mm，直径为10mm的孔，以此孔作为试件的人工缺陷。
　　然后将每块金属板编号为1、2、3、4，并将各金属板各区域的钻孔深度做好记录。最后将金属板粘在亚克力托盘上，其目的是防止学生翻转金属板以肉眼看出缺陷位置，如图3所示。
　　（2）检测步骤：①将检测探头接入超声波探伤仪，打开仪器并确定探头及仪器工作正常。②调校超声波探伤仪的参数，包括范围、闸门、阻尼、增益等。③利用金属试块进行声速校准。④用探头在被检材料上扫查，查找缺陷位置并记录在实验指导书上的表格中，表格形式见下表。
　　 （3）成绩评判。将学生填入上表的检测结果，与之前记录的实际人工缺陷位置进行比对，以此判定该学生的实验是否成功。由于制造工艺，环境温度等因素的影响，检测结果可能存在误差，所以实验结果在真实位置的±10%以内，均可判定为检测结果有效。四个区域若有两个区域的检测结果无效，则该实验未通过。
　　三、实验中的注意事项
　　（1）检测前需要多次进行声速校准和零位校准，以提高检测精度。
　　（2）检测时需要将被检材料和探头上的耦合剂涂抹充分，以免影响检测效果。
　　（3）检测时的扫查方式采用S型步进扫查，确保某些区域不被漏检。
　　四、总结
　　本超声波探伤仪实验可以帮助学生更好地理解超声波探伤的原理，利用仪器设备动手进行真实检测，在激发了学习兴趣的同时，也提高了对相关知识的理解，对于提高了教学质量起到了很大的作用。
　　参考文献：
　　[1]唐继红.无损检测实验[M].北京：机械工业出版社，2011：53-57.
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