NondestructiveMaterial

Testingwith

Ultrasonics

使用超聲波對材料進行的非破壞性檢測

IntroductiontotheBasicPrinciples

基本原理簡介

UNIONELECTRICSTEELCORPORATION

美國聯(lián)合電鋼（戴維）軋輻公司

安多利國際有限公司翻譯

3月06日

Contents內(nèi)容

安多利國際有限公司

Inlroduclion簡介..........................................4

1.Whyuseultrasonicsfornondestructivematerialtesting?

為什么使用超聲波進行非破壞性材料檢測？..........5

2.Ultrasonictestingtasks超聲波檢測任務........................5

3.Detectionofdiscontinuities不持續(xù)的1發(fā)現(xiàn)..................6

4.Methodoftestingandinstrumenttechnology檢測措施和儀器技術(shù)...10

4.1Theultrasonicflawdetector超聲波裂紋檢測儀...................10

4.2Nearresolution.近場『、J解決.......................15

4.3Theprobe探頭....................................16

4.4Refractionandmodeconversion折射和模式H勺轉(zhuǎn)變.......17

4.5Characleristicsofangle-beamprobes角度探頭的特性.....19

4.6TheTRprobeTR探頭...................................20

5.Locatingdiscontinuities斷裂的I定位............................22

5.1Calibrationoftheinstrument儀器校準.................22

5.1.1Calibrationwithastraight-beamprobe平行光束探頭［1勺校準....................22

5.1.2CalibrationwithaTRprobe校準.................24

5.1.3Calibrationwithanangel-beamprobe角度探頭的校準.....26

5.1.4Locatingreflectorswithanangle-beamprobe使用角度探頭對反射器進行定位..28

6.Evaluationofdiscontinuities斷裂的評估...29

6.1Scanningmethod掃描措施......................29

6.2Evaluationofsmalldiscontinuities:TheDGSmethod對小斷裂的J評估：DGS措施....30

6.3Soundattenuation消音.....................34

6.4Thereferenceblockmethod叁考程序塊措施........34

6.4.1Comparisonofechoamplitudes回聲振幅的比較.....34

6.4.2Distanceamplitudecurve振幅曲線的距離...........35

7.Documentation文獻....................................37

8.Diagnosisofindications(outlook)批示日勺分析診斷.....40

Referencelist參照清單...............................41

前B

因時間倉促，加之專業(yè)技術(shù)欠缺，本譯文一定會有諸多不精確的地方。我們在此敬請各

位讀者予以指正和諒解。

Introduction簡介

Nondestructivematerialtestingwithultrasonicsismorethan40yearsold.From

theveryfirstexaminations,usingultrasonicoscillationsfordetectionofflawsin

differentmaterials,ithasbecomeaclassicaltestmethodbasedonmeasurements

withdueregardtoalltheimportantinfluencingfactors.Todayitisexpectedthatultrasonic

testing,supportedbygreatadvancesininstrumenttechnology,givereproducibletestresults

withinnaiTOwtolerances.Thisassumesexactknow-ledgeoftheinfluencingfactors

andtheabilitytoapplytheseintestingtechnology.

使用超聲波對材料進行非破壞性檢測已有40近年了。從第一次使用超聲波振動檢測不同材料

上的裂紋開始，它已經(jīng)成為考慮到所有重要影響因素的一種典型的測試措施。今天具有更先

進技術(shù)的超聲波檢測，可以在精密的誤差中反復獲得日勺測驗成果。影響因素的精確知識和能

力被運用到測試技術(shù)中。

Notallinfluenceshavetobeseriouslyregardedbytheoperator.0Inmanycases

someoftheinfluencescanbeneglected（忽視）withoutexceeding（超過）thepermitted

measurementtolerances（測量公差）.Duetothis,thetestsequenceissimplifiedandthetesting

timereduced.Despitethis,thefuturebelongstothequalifiedoperatorwhocarriesouthis

taskresponsiblyandwhocontinuouslyendeavoursto（爭?。﹌eephisknowledgeatthelatest

stateoftheart

操作者不需要將所有日勺影響都看得很嚴重。諸多狀況下，如果某些影響沒有超過容許日勺測量

誤差時，可以被忽視不計。正由于這樣，測試序列被單一化并可減少測試日勺時間。不在乎這

些，將來是屬于負責任地進行本工作的合格操作員和不斷地努力把她的知識留在本行業(yè)的新

人。

1.Whyuseultrasonicsfornondestructivematerialtesting?

為什么使用超聲波進行非破壞性材料測試

Atthebeginningofthefiftiesthetechnicianonlyknewradiography（x-rayorradioactiveisotopes）

asamethodfordetectionofinternalflawsinadditiontothemethodsfornondestructivetesting

ofmaterialsurfaces,e.g.thedyepenetrantandmagneticparticlemethod.Afterthe

SecondWorldWartheultrasonicmethod,asdescribedbySokolovin1935andappliedby

Firestonein1940,wasfurtherdevelopedsothatverysooninstrumentswereavailablefor

ultrasonictestingofmaterials.

開始時除了這種措施以外,50名技術(shù)員只懂得使用X光線照相術(shù)（照X光、放射性同位素）等對

內(nèi)部裂紋進行非破壞性材料測試。舉例來說，著色探傷檢測和磁粉檢測。第二次世界大戰(zhàn)后，

1935年Sokolov一方面對超聲波檢測進行了描述，1940年Firestone開始運用超聲

波檢測技術(shù)。超聲波檢測技術(shù)日勺應用迅速促使探傷儀器的發(fā)展。

Theultrasonicprincipleisbasedonthefactthatsolidmaterialsarcgoodconductors(導體)

ofsoundwaves.Wherebythewavesarenotonlyreflectedattheinterfacesbutalsoby

internalflaws(materialseparations,inclusionsetc.).Theinteractioneffectofsound

waveswiththematerialisstrongerthesmallerthewavelength,thismeansthehigherthe

frequencyofthewave.

超聲波檢測基于固體材料是聲波良好導體的事實。這里聲波不僅能被接觸面反射出來，同

樣也能被內(nèi)部日勺裂紋反射回來(材料缺口、內(nèi)含物等)。聲波與材料的互相作用效果越強,

波長越短，波H勺頻率越高。

X=C/f

c=Soundvelocity[kin/s]聲速

f=Frequency[MHz]頻率

\=Wavelenght[mm]波長

Thismeansthatultrasonicwavesmustbeusedinafrequencyrangebetweenabout

0.5MHzand25MHzandihaiiheresultingwavelengthisinmm.Withlowerfrequencies,the

interactioneffectofthewaveswithinternalflawswouldbesosmallthatdetectionbecomes

questionable.Bothtestmethods,radiographyandultrasonictesting,arethemostfrequentlyused

methodsoftestingdifferentlestpiecesforinternalflaws,partlycoveringthe

applicationrangeandpartlyextendingit.

超聲波頻率必須在0.5-25兆赫間，產(chǎn)生的波長在亳米中,低頻率時。波與材料互相作用會非

常小，導致無法發(fā)現(xiàn)問題。放射線和超聲波檢測的措施都被常常用于檢測不同日勺測試物體中

口勺裂紋，并且被部分口勺擴大和覆蓋了使用范疇。

Thismeansthattodaymanyvolumetestsarepossiblewiththemoreeconomicalandnon-risk

ultrasonictestmethod,ontheotherhandspecialtestproblemsaresolved,thesameas

before,usingradiography.Incaseswherethehighestsafetyrequirementsaredemanded

(egnuclearpowerplants,aerospaceindustry)bothmethodsarcused.

這意味著今天的許多物體的測試，可以采用更經(jīng)濟并且更安全口勺超聲波測試措施，另一方面和

此前同樣專業(yè)的測試問題的解決也可以使用X射線照桿術(shù)。如果哪里有更高的安全需求,

也可以同步采用兩種措施（舉例來說核能發(fā)電廠，航天工業(yè)）。

2.Ultrasonictestingtasks

超聲波檢測任務

Is（hereaprimaryclassificationoftasksassignedtotheultrasonicoperator?Ifwelimit

ourselvestotestingobjectsforpossiblematerialflawsthentheclassificationisas

follows:

有對超聲波操作員指定工作進行重要分類嗎？如果我們因材料缺陷因素，限制了對物體日勺測

試，那么分類是依下列各項：

1.Detectionofreflectors尋找反射體

2.Locationofreflectors定位反射體

3.Evaluationofreflectors評估反射體

4.Diagnosisofrefleclors反射體分析

（reflectortype,orientation,etc.反射體類型、方位等）

InsteadofusingthewordHreflector**,theultrasonicoperatorveryoftenusestheterm

“discontinuity".Thisisdefinedasbeingan"irregularityinthetestobjectwhichis

suspectedasbeingaflaw”.Inreality,onlyafterlocation,evaluationanddiagnosishasbeen

made,canitbedeterminedwhetherornotthereisaflawwhicheffectsthepurposeofthetest

object.Theterm"discontinuity"isthereforealwaysusedaslongasitisnotcertain

whetheritconcernsaflawwhichmeansanon-pcrmissibleirregularity4不規(guī)貝lj）

替代使用“反射體”這個詞，超聲波操作員常常使用H勺術(shù)語是“斷裂”。這被定義為測試物

體的不規(guī)律，判斷測物體中與否存在裂紋。事實上，只有在定位后，才會進行評估和診斷，

鑒定測試物體與否有影響其使用目的日勺裂紋存在。

3.Detectionofdiscontinuities

斷裂的尋找

Theessential"toor*fortheultrasonicoperatoristheprobe,Figs.1a+1b.

操作者H勺重要工具是探頭，圖片1a+1b..

fl

housing

socket

matching-

damping-element

block

protectingface

crystal(probedelay)

Fig.1aStraight-beamprobe(section)圖片1a平行光束探頭(切面)

Housing外殼socket插口dampingblock電阻塊matchingelement匹配元件crystal晶體

protectingface(probedelay)保護面(探頭延遲)

dampingblocks

housing

perspexwedge

(probedelay)

Fig.1bAngle-beamprobe(section)

圖片1b斜探頭(切面)

perspexwedge(probedelay)塑膠楔(探頭延遲)

Thepiezoelectricelement,excitedbyanextremelyshortelectricaldischarge,transmitsan

ultrasonicpulse.Thesameelementontheotherhandgeneratesanelectrical

signalwhenitreceivesanultrasonicsignalthuscausingittooscillate.Theprobeiscoupled

tothesurfaceofthetestobjectwithaliquidorcouplingpastesothatthesoundwavesfromthe

probeareabletobetransmittedintothetestobject.

壓電元件被非常短的電日勺釋放刺激后，傳播超聲波脈沖。另一方面，當相似日勺元件接受到

超聲波信號時，會產(chǎn)生一種電波信號，引起它的振動。探頭與測試物體表面間需要有液

體或耦合劑，以便使來自探頭的聲波可以被傳送到測試物體中。

Theoperatorthenscansthetestobject,i.e.hemovestheprobeevenlytoandfroacrossthe

surface.Indoingthis,heobservesaninstrumentdisplayforanysignalscausedbyreflections

frominternaldiscontinuities,Fig.2.

接著操作者會對測試物體進行掃描。例如，在表面上平穩(wěn)的移動探頭。在這個過程中,

操作者需要觀測所有內(nèi)部斷裂引起的反射在儀器上的信號顯示。圖片2

Fig.2aPlaneflaw-straight-beamprobeFig.2bPlaneflaw-angle-beamprobe

圖片2a平面裂紋“平行光束探頭圖片2b平面裂紋一斜光束探頭

Everyprobehasacertaindirectivity,i.e.theultrasonicwavesonlycoveracertainsectionof

thetestobject.Theareaeffectivefortheultrasonictestiscalledthe

“soundbeam"whichischaracteristicfbrtheappliedprobeandmaterialinwhichsound

wavespropagate.

每個探頭都具有一定的方向性，舉例來說，超聲波只能覆蓋被測試物體的一部分。超聲

波測試有效的I區(qū)域被稱為“聲波束其特點是，當探頭在材料上進行測試時，聲波可以

在材料中傳播。

Asoundbeamcanberoughlydividedintoaconvergent(focusing)area,thenear-field,and

adivergent(spreading)part,thefarfield,Fig.3.

一種聲波束可以被粗略的劃分為一種焦點區(qū)域(近場)和擴散區(qū)域(遠場)。圖片3

N=garfieldlength

?an^eofdivergence

(centrdboeim)

Fig.3Soundfield

圖片3聲場

N=近場長度「=擴散角度nearfield近場farfield遠場

acousticaxis聲軸centralbeam中心光束

ThelengthNofthenear-field(near-fieldlength)andthedivergenceangleisde-pendent

onthediameteroftheelement,itsfrequencyandthesoundvelocityofthematerialtobe

tested.Thecenterbeamistermedtheacousticaxis.Theshapeofthesoundbeamplaysan

importantpartintheselectionofaprobeforsolvingatestproblem.Itisoftensufficientto

drawtheacousticaxisinordertoshowwhatthesolutiontoatesttasklookslike.A

volumetricdiscontinuity(hollowspace,foreignmaterial)reflectsthesoundwavesin

differentdirections,Figs.4a+4b.

近場日勺長度和擴散的角度取決于元件日勺直徑、頻率和測試材料的音速。中心光速被稱為聲軸。

在選擇探頭進行測試時，聲波束日勺形狀具TT重要作用。為了可以顯示出測試任務的解決措施,

必須回出聲釉。一種體積的斷裂(中空，外來物質(zhì))會將聲波反射到不同口勺方向。圖片4a

和4b

Fig.4aVolumetricdiscontinuityFig.4bVolumetricdiscontinuity

-straight-beamprobe-angle-beamprobe

圖片4a斷裂體積的測定一平行光束探頭圖片4b斷裂體積的測定一角度探頭

Theportionofsoundwavewhichcomesbacktotheprobeafterbeingreflectedbythe

discontinuityismainlydependentonthedirectionofthesoundwave;i.c.itdocsnotmatter

whetherscanningismadewithastraight-beamprobeoranangle-beamprobeorwhether

itiscarriedoutfromdifferentsurfacesonthetestobject,Fig.5.

聲波被斷裂反射后，一部分H勺聲波會返回到探頭。舉例來說，無論是平行光束或用度探頭

進行的掃描，或者對表面不同的測試物體進行的掃描。圖片5

Fig.5Volumetricflaw-detectionformdifferentdirections

圖片5裂紋體積的測定一一從不同的方向進行探測

Ifthereceivedportionofthereflectedsoundwavefromtheprobeis

sufficientthenthedetectionoftheexistingvolumetricdiscontinuityisnotcritical,this

meansthattheoperatorisabletodetectitbyscanningfromdifferentdirections.Aplane

(two-dimensional)discontinuity(e.g.materialseparation,crack)reflectstheultrasonic

wavesmostlyinacertaindirection,Fig.6.

如果探頭發(fā)射后，被反射日勺聲波中被接受的部分是充足的，那就會很容易探測到物體

上存在的斷裂，這就意味著操作者可以通過對不同方位的I掃描發(fā)現(xiàn)斷裂。一種平面(兩

維H勺)的斷裂(舉例來說，材料的隔斷，裂紋)反射出的超聲波大多朝一種方向。圖

片6

Fig.6Reflectiononangledplanediscontinuity

圖片6具有角度的平面斷裂上的反射

Ifthereflectedportionofthesoundwaveisnotreceivedbytheprobethenitisunlikelythat

thediscontinuitywillbedetected.Thepossibilitiesofdetectiononlyincreasewhentheplane

discontinuityishitverticallybythesoundbeam.Thisappliestodiscontinuitieswhichare

isolatedwithinthetestobject.

如果聲波的被反射的部分沒有被探頭接受到的,那么它就不太也許發(fā)現(xiàn)斷裂。只有在音波束

垂直擊中平面斷裂時，發(fā)現(xiàn)H勺也許性才會增長。這合用于在測試物體里面H勺被隔離的斷裂。

Withplanediscontinuitieswhichareopentothesurfaceofthetestobject,e.g.acrackrunning

verticallyfromthesurfaceintothetestobject,averticalscanofthecrackdoesnotalways

producetherequiredsuccess.Inthiscasewaveoverlappingoccurs

(interferences)duetosoundwavereflectiononthesidewallofthetestobjectwhichseemsasif

thesoundwavebendsawayfromthecorrespondingsidewall,Fig.7.

開放于表面日勺平面斷裂，舉例來說，一種垂直于表面進入到測試物體中的裂紋，裂紋的垂直

掃描不一定會成功。在這狀況是由于聲波反射到測試物體H勺一邊H勺墻，看起來聲波似乎偏離

了另一面墻，導致波的重疊。圖片7。

ervnek

裂紋

Fig.7Apparentdeformationofthesoundbeamonasidewall

圖片工在一面壁上的聲波光束時明顯變形

Insuchcases,theprobabilityofcrackdetectionisverygoodiftheanglereflectioneffectis

used,Fig.8a.Atthe90'edge,betweenthecrackandthesurfaceofthetestobject,thesound

wavesarereflectedbackwithinthemselvesduetoadoublereflection,Fig.8b.

在某些例子中，如果使用反射角度，會容易發(fā)現(xiàn)到裂紋。圖片8a。在90度角的邊沿，在裂紋

和測試物體表面之間，由于一?種雙重日勺反射，聲波會被反射到自身中。圖片8b

Fig.8aCrackdetectionwith45°scanningFig.8bAnglereflectioneffect

圖片8a以45度角進行掃描探測裂紋圖片8b角度反射效果

Useoftheanglereflectioneffectisoftenevenpossiblewhenaplanediscontinuity,whichis

verticaltothesurface,docsnotextendtothesurfaceandundertheconditionthatthesound

wavereflectionsatthediscontinuityandthesurfacearereceivedbytheprobe,Fig.9.

當平面斷裂垂直于表面，還沒有延伸到表面時，會常常采用角度反射，表面和斷裂反射日勺

聲波會被探頭接受。圖片9

Fig.9Plane,verticalreflectornearthesurface

圖片9接近于表面的垂直歐I平面反射體

Ofteninthick-walledtestobjects,inwhichthbrearcverticaldiscontinuities,thiscon-dition

R

cannotbefulfilledsothatthereflectedsoundwafromthediscontinuityandthesurface

ofthetestobjectdonotreturntoeprob力Inthiscase,asecondprobeisusedfor

receivingthereflectedportiohs-o￡sound-is-enabling-detectionofthediscontinuity.

在較厚FJ被測試物體中檢測垂直斷裂，這狀況不易可以被發(fā)現(xiàn)，由于，被斷裂和測試物體表面

反射日勺聲波不能返回到探頭。在這狀況下，需要使用第二個探頭接受反射的聲波，通過另一

邊那個探頭發(fā)現(xiàn)斷裂。

Withthistypeoftesting,theTandemTechnique,oneprobeisusedasa

transmitter,andtheotherprobeisusedasthereceiver.Bothprobesaremovedoverthe

surfaceofthetestobjectandarespacedapartatafixeddistance.Scanningismadefor

verticallypositioneddiscontinuitiesatdifferentdepthsofthetestobject,dependingonthe

probespacing.Figs.10a,10band10c.

在使用雙探頭的檢測技術(shù)中，用一種探頭作為傳送器，另一種探頭作為接受器。在測試物體

口勺表面上移動兩個探頭，并且以固定n勺距離隔開兩個探頭。掃描測試物體不同深度上的垂直

斷裂，取決于探頭的間隔距離。圖片10a,lOb,10c

Fig.10aAnglereflectioneffect

圖片10a角度反射效果

Fig.10bTandemtesting:centerzoneFig.10cTamdentesting:lowerzone

圖片10b雙探頭測試：中心區(qū)域圖片10c雙探頭測試：較低區(qū)域

Although,withanglescanninginthintestobjects,thereisapossibilitythatplane

discontinuitiescannotbeverticallyhit,Fig.11a,thedetectionsensitivityismuchbetter;

especiallybysuitableselectionofthescanningangleandthetestfrequencysothattheuser

favoursthesingleprobetestasopposedtothemorecomplicatedtandemmethod.Thisis

normallythecasewhentestingweldsuptoathicknessofabout3()mm.

但是對細長物體日勺測試中，平面斷裂也許不會被垂直擊中。圖片11a.但當選擇到合適日勺掃描

角度轉(zhuǎn)動和測試頻率時，對比雙探頭日勺串聯(lián)措施，使用者更喜歡使用單探頭進行測試，探測

『、J敏捷度更好。一般狀況是測試處的厚度不小于30毫米。

Fig.Ila700scanning:unfavourableangleFig.1lb45°scanning:favourableangle

圖片lla700掃描：不常用的角度圖片11b45度角掃描：合適的角度

Ofcoursethepossibilityofdelectingdiscontinuitieswhicharenotverticallyhilisreduced.

However,thisdeficiencyisoftencompensatedbyanadditionaltestwithanotherangleof

incidence,Fig.11b,orbyusingaprobewithalowerfrequency,Fig.l1c.Atypicalprocedure

canbefoundinthecorrespondingspecifications(testinstructions)forweldtesting.

固然，斷裂沒有被垂直擊中時,其被發(fā)現(xiàn)H勺也許性會減少。然而，這一局限性可以通過此外

一種角度探頭的測試（圖片11b）,或使用低頻率探頭禰補，圖片11c。在相應規(guī)格（測試指引）中

可以找到一種焊接處測試日勺典型程序。

reflectedsound

waves

soundbeam

flatdefect

Fig.11c70nscanningwith2MHz;detectionbylargedivergenceofthesoundbeam

圖片11c70度角，2兆赫茲；使用大的聲波光束分散進行探測

4.Methodoftestingandinstrumenttechnology

測試措施和儀器技術(shù)

4.1Theultrasonicflawdetector

Beforeweconcernourselveswithfurthertesttasksandtheirsolutions,wemustfirstly

acquiremoredetailedknowledgeaboutthemostfrequentlyappliedultrasonictechnique,

includingtestinstrumentsandprobes.Basedonwhathasalreadybeenstatedconcerningthe

locationofdiscontinuities,wemusttransmitshortsoundpulsesintothetestobjectinorder

tomeasurethesoundpulse'stimeofflightfromtheprobetothereflectorandback.This

isonlypossiblewhenthereisaclearlydefinedstarttimeandtargettime.Aslongasthetest

object'ssoundvelocityisknownitisthenpossibletodetermine,usingsimple

calculation,thedistanceofthereflectorandthusitsexactpositioninthetest

object,Fig.12.

4.1超聲波裂紋探傷儀

在我們進一步進行測試和解決問題之前，我們一方面要獲得更多有關(guān)最常用的超聲波技術(shù)日勺

具體知識、，涉及測試儀器和探頭。根據(jù)斷裂的位置，需要將短波長口勺聲波脈沖傳送到被測

試物體內(nèi)，以便測量出聲波脈沖從探頭到反射體，再返回口勺時間。這就需要對開始和結(jié)束歐J

時間有一種明確的定義。只要懂得檢測物體的聲速，就可以計算出反射體口勺距離，從而可以

在檢測物體上將其確切的位置擬定下來，圖片12。

Fig.12Theprincipleoftimeofflightmeasurement

圖片12射程測量時間的原理

Soundreflectionsintheaudiorangearecalledechoes(thinkoftheyodelerinthe

mountains）.Thereforewhyshouldwenotusethisshortappropriatetermforthereflection

ofanultrasonicpulse?Thusthenameofthemethodcameintobeingwhichisappliedin

mostareasofapplicationformaterialtestingwithultrasonics:thePulseEchoMethod.Fig.13.

在聲音的范疇的聲波反射叫做回聲。（相稱于在山中唱歌時日勺回聲效果）。因此，為什么我們

不使用這個合適的短期限作為超聲波H勺反映脈沖?因此，使用超聲波對物體進行檢測的措施也

被稱為：o圖片13

Fig.13Blockdiagram:PulseEchoMethod

圖片13構(gòu)造圖：脈沖回聲措施

Startsignal（pluse）開始信號（脈沖）finishsignal（echo）結(jié)束信號（回聲）transmitter發(fā)射器

soundtransitpath聲波發(fā)射途徑workpiece工作件probe探頭stop-watch秒表

transittimemeasurement發(fā)射時間的測量

Thetimemeasurementstartswiththeelectricaltransmissionpulse,the

initialpulse.Thisisanextremelyshortelectricaldischargewhichtriggersasoundpulseatthe

probecrystal.Thispulsetravelsthroughthematerialandisreflectedbya

discontinuityortheopposingwallandreturnsbacktotheprobe.Thereceivedoscillationsarc

convertedintoanelectricalpulsewhichstopsthetimemeasurement.Thedistancetothe

reflectorcannowbeinstantlydeterminedbythefollowingformula:

測量從聲電口勺傳播脈沖時候開始，為初始脈沖。這是一種非常短日勺聲電H勺釋放，可以觸發(fā)探

頭晶體的聲波脈沖。脈沖穿過材料，被斷裂或?qū)α⒌膲Ψ瓷洌俜祷氐教筋^。接受到口勺振

動轉(zhuǎn)換成停止時間測量日勺電的脈沖。運用下面日勺公式可以迅速計算出到反射體的距離。

s=邕

2

s=soundpath[mm]音波途徑c=soundvelocity[km/s]音速

t=timeofflight[s反射時I可

IfthetimeofflightisgraphicallydisplayedthenwearenotfarfromtheuniversalUltrasonic

FlawDetector,Fig.14.

如果反射時間被顯示成圖解，那么，我們就與通用的超聲波探傷儀就非常近了。圖片14

Fig.14UltrasonicTestinginpracticeFig.15TheDisplayscale

圖片14實際操作中的超聲波測試圖片15刻度的顯示

Inordertoevaluatethevisualsignals（echoes）onthescreenthereisagridonthe

insideoftheCRT.Theexchangeableattachmentscale,whichhasahorizontalscalewith10

graduationsiscalledthedisplayscale,Fig.15.

為了評估屏幕上的信號（回聲），有一種格子在陰極射線管之內(nèi)。具有10個級別的可互換附

著刻度叫做顯示刻度，圖片15

Usingthisscale,theultrasonicoperatorisabletomeasureechoesonthedisplay.Howisthis

done?Asalreadystated,theelectricaltransmissionpulsetriggersthesoundpulseattheprobe

crystal.Atthesametimethisvoltagepulseisfeedtotheinputoftheamplifiersothatthehigh

voltagecausesaverticaldeflectionofthedisplaysweep,thisiscalledtheinitialpulse,Fig.16a.

使用這刻度，超聲波操作員可以在顯示上測量回聲。這是如何完畢的）？如己經(jīng)決定了的，聲電

日勺傳播脈沖在探頭水晶引起聲波脈沖。同步，這一聲波內(nèi)電壓脈沖輸入到放大器中，產(chǎn)生高

電壓引起掠過顯示的垂直偏轉(zhuǎn)，這叫做初始脈沖。圖片16a

Fig.16aInitialpulse=StartFig.16bafter10ps

圖片16a初始脈沖二開始圖片16b10ys后來

Transmitter發(fā)射器soundwave聲波workpiece工作件probe探頭lightpoint亮點

Withthisinitialpulse,thesweepstartsinthelowerleftcornerofthedisplaysynchronousto

thestartofthesoundpulseinthetestobjectandmovesalongthebaselineataconstant

speedtotheright,Fig.16b.Thespeedofthepulseisdependentonthematerialofthetest

object(soundvelocily=materialconstant).Thesweepspeedof(heinstrument'sdisplaycanbe

variedwithinwidelimits.

隨著著初始脈沖的開始，從左卜.角的顯示開始掃描，同步測試物體中時音波脈沖也開始了，

沿基線以恒定速度向右移動。圖片16b.脈沖日勺速度取決于測試物體日勺材料(音速=材料常

數(shù))。儀器顯示的掃描速率可以在很寬的限制內(nèi)發(fā)生變化。

Thusthespeedofthedisplaysweepcanbeexactlymatchedtothesoundvelocity.Inour

exampletheelectronbeamreachesscaledivision4whilethepulseisattheopposingsideof

thetestobject,Fig.17a,thenitwillofcourseneedthesametimetoreturn,i.e.thebeamspot

willbeatthe8thscalegraduation,Fig.17b.

掃描速度要與音速相適合。在我們?nèi)丈桌又?，當脈沖在測試物體日勺對立邊時,電子光束回到

刻度4。圖片17a,然后脈沖還需要同等的時間返回到原位。舉例來說，光束將達到刻度8。

圖片17b

Fig.17aBeamspotatthe4thscaleFig.17bBeamspotatthe8thscale

Graduationgraduation

圖片17a位于第四刻度的射束點圖片17b位于第八刻度的射束點

Thepartofthesoundpulse,whichistransmittedthroughthecouplantandintotheprobe,

generatesasmallelectricalreceptionsignalatthecrystalwhich,viatheamplifier,causes

verticaldeflectionofthebeamspot,thisisthebackwallechoFig.18.Thedeflectiontakes

placequicklybecausethesoundpulseisshort,thereforecanonlytriggerashortvoltagepulseat

theprobecrystal.Theelectronbeamreturnsquicklybacktothebaselineandcontinuestothe

right,whilstthelargestpartofthesoundpulseisreflectedatthecouplingsurfaceand

travelsthroughthetestobjectasecondtime.

通過超聲波發(fā)將聲波脈沖傳送到探頭中，在晶體上產(chǎn)生一種小口勺電子信號，通過放大器，產(chǎn)

生一種偏離垂直日勺光束點，這就是后墻回聲。圖片18。音波脈沖非常短，因此偏離時發(fā)生會

非常快，只能在探頭晶體上觸發(fā)一種非常短的電壓脈沖。電子光束迅速返回到基線，然后繼

續(xù)向右，當聲波脈沖的最大部分被反射到結(jié)合面，第二次穿過測試物體時，電子束會迅速返

回到基線，繼續(xù)向右進行。

Fig.18Backwallechoatthe8thscaleFig.19aStraight-beamprobe:initial

graduationpulsedelay

圖片18位于第八刻度的后墻回聲圖片19a平行光束探頭：初始脈沖時顯示

Backwallecho后墻回聲electricalzero（initialpulse）電零位（初始脈沖）

mechanicalzcro（surfacc）機械零位（表面）probe探頭crystal晶體

protectingface保護面

Thedisplayindicationscannowbeallocatedintotwomeasurementvalues:

顯示出來的批示被分為2個測量值：

1.Horizontalposition.

leftflankoftheechoatthe8thscalegraduationI可聲左側(cè)面在亥ij度8/、J位置

2.Verticalamplitude垂直振幅:

70%screenheight屏幕高度70%

Atthemomentthisdoesnottellusverymuch,however,laterwewillseethatnearly

allusableresultswhichweobtainfromultrasonictestingarebasedonthesetworeadings.

Letustakealookmorecloselyatthecurrentresult:Thehighinitialpulsestartsatthe

leftinfrontofthescalezeropoint.Therisingflankcorrespondstothetimeatwhichthe

electricalsignalisonthecrystalandstartsthesoundpulse.However,beforeitisfedtothe

surfaceofthetestobjectitmusttravelthroughtheprotectionlayeroftheprobe

（probedelay）.Althoughitisrelativelythin,ashortperiodoftimeisrequired.Theinitialpulse

isexactlyshiftedtotheleftbythisperiodoftime,Fig.19a.

稍后我們將會見到我們從超聲波測試獲得日勺幾乎所有可使用歐）成果，都以2個讀數(shù)為基本。

讓我們更接近日勺看看目前日勺成果:高日勺初始脈膊在0刻度點前的左邊開始。上升日勺側(cè)面與晶

體上電的信號和聲波脈沖的時間相符合。但是在聲波進入到測試物體表面時，聲波必須要

穿過探頭日勺保護層（探頭延遲）。盡管探頭很小，但還是需要一種很短的時間將初始脈沖轉(zhuǎn)

換到左邊。圖片19a.

Withangle-beamprobesthesoundpulseintheprobemusttravelthroughamuchlonger

delaypathmadeofperspexbeforeitistransmittedintothetestobject.Dependingonthe

typeofprobe,theinitialpulsedelaycanbesolargethatitnolongerappearsonthedisplay,Fig.

19b.

在角度探頭中，聲波脈沖必須要穿過一種非常長的塑膠作成的延遲途徑后，才干進入到測

試物體中。根據(jù)探頭的類型，初始脈沖延遲會變大，以致于它不再出目前顯示中。慳片19b.

Fig.19bAngle-beamprobe:initialpulsedelay

圖片19b角蝴頭：楸郵t的顯示

electricalzcro(initialpulse)電零位(初始脈沖)mechanicalzcro(surfacc)機械零位(表面)

probe探頭soundwave聲波delay(wedge)延遲(楔)workpiece工作件

Wealreadyexplainedtheechoatthe8lhscalegraduationbefore:Itisthepulse

reflectedattheoppositewallofthetestobject,thebackwallecho.Nowitisnottoodifficult

toguesshowthedisplaychangeswhenthereisanotherreflectorwithinthesoundbeam,e.g.

amaterialseparation:

此前我們對在8刻度H勺回聲進行過解釋：測試物體對立面墻反射日勺脈沖，后墻回聲。