徐海洋超声波检测技术学习笔记(十七)

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徐海洋超声波检测技术学习笔记（十七)

超声波探伤仪与探头组合性能测试方法

本次课程围绕试块使用问题案例展开，并系统讲解了超声波检测仪器与探头主要技术指标的简易测试方法、标准规定及注意事项，旨在提升检测结果的准确性。

核心测试指标与方法

扫描基线精度

年检

使用BH-50型回波试块校准，偏差应≤1%

• 设备：超声波探伤仪、BH-50型回波试块

• 方法：校准50mm声程，测量第2-5次回波位置

• 标准：GB 9214规定扫描基线偏差≤1%

垂直线性与衰减器

年检/季核

验证1dB与6dB衰减器精度，误差≤满屏高度5%

• 垂直线性：误差≤5%（GB 9214A）

• 1dB衰减器：每衰减6dB，波高应减半

• 6dB衰减器：直接验证波高衰减一半的精度

• 数字仪器具备0.1dB衰减器，精度更高

动态范围与电噪声

年检

动态范围≥30dB，电噪声电平≤20%屏高

• 动态范围：测试放大电路门限，确保信号正常放大

• 电噪声：取最高噪声峰值×70%进行判定

• 国产仪器信噪比普遍优于进口仪器

• 标准为兼容进口仪器将指标放宽至20%

组合灵敏度与分辨率

新探头必测

灵敏度余量需达标，分辨率区分相邻缺陷能力

• 组合灵敏度：2.5PΦ20探头≥48dB，5PΦ14探头≥40dB

• 分辨率：纵波直探头≥20dB，横波斜探头≥12dB

• 使用CSK-IA等标准试块测试

• 频率、晶片尺寸不同，要求灵敏度不同

盲区与频率误差

定期核查

盲区与频率反映探头近场与晶片特性

• 盲区：5MHz探头<10mm，2.5MHz探头<15mm

• 频率误差：≤探头标称频率的10%

• 使用示波器（100MHz带宽）测量回波周期换算

• 现代探头制造工艺提升，频率误差通常达标

常见问题与误区

注意规避

试块声速不准、探头使用不当是主要误差来源

• 试块声速问题：导致实测入射点、前沿长度异常

• 探头压力：标准建议1-2N，过大加剧磨损且影响耦合

• 粘耐磨片：改变声束特性，增加衰减，不建议使用

• 应关注基础理论在实际探伤中的应用正确性

核心结论：超声波探伤仪与探头的性能需按标准周期（年、半年、季度）进行严格校准与核查，重点关注扫描基线、衰减器精度、灵敏度及分辨率等指标。实际应用中，应警惕试块声速不准、探头使用不当（如过度施压、粘耐磨片）引入的误差，确保检测结果准确可靠。

围绕超声探伤的试块使用、探伤仪技术指标测试方法及探头使用等内容展开详细讲解，同时提出相关思考题引导思考行业问题，内容如下：​

试块使用存在的问题​

探头前沿长度异常：以GS系列试块为例，探伤人员测试 5P Φ 65P6×6K3 横波斜探头时，理论前沿长度为 6 毫米，实测为 11 毫米。原因是试块横波声速不对，导致入射点跑到压电晶片下边缘后面。​

超声波检测仪器及探头技术指标测试​

测试规定与周期​

年度校准：每年至少对仪器与探头组合性能中的水平、线性、垂直、线性组合频率、灵敏度、余量分辨率盲区，主要做磁探头测试以及仪器衰减器的精度进行一次校准，并记录。​

半年核查：数字超声波探伤仪每 6 个月至少对仪器与探头组合性能中的水平线性、垂直线性进行一次核查并记录。​

季度核查：每三个月至少对仪器的灵敏度余量分辨率盲区（主要针对直探头）以及仪器衰减器的精度进行一次核查并记录。​

新探头测试：新购置的超声波探头使用前需测试上述仪器探头的组合性能，斜探头还需确定入射点、前沿长度与折射角度（k 值）。

各项指标测试方法​

扫描基线精度测试​

测试准备：准备超声波探伤仪、BH - 50 型纵波直探头。​

测试过程：设置仪器参数表有关参数，连接仪器与探头，调节显示范围，用闸门套住直探头第五次反射回波，利用试块 50 毫米厚度校准扫描基线。移动闸门分别套住各次反射回波，若仪器扫描基线精度有误差，读出误差值。GB 9214 标准规定扫描基线偏差小于等于 1%。​

垂直线性测试​

测试设备：超声波探伤仪、BH - 50 型回波直探头。​

测试方法：连接仪器与探头，将第一次反射回波幅度调至基准高度 80%，记录仪器剩余可调灵敏度余量（大于 18 dB）。连续调整 1 dB 衰减器 6 次，观察回波高度是否从 80% 降到 40%、20%、10%，读出误差值与标准规定误差值（小于等于满屏高度的 5%）比较。​

动态范围测试​

测试设备：超声波探伤仪、DH - 50 纵波直探头。​

测试方法：连接仪器与回波探头，用闸门套住某一次反射回波，用 0.1 dB 衰减器将反射回波幅度调至基准高度 100%，记录仪器灵敏度余量读数（剩余可调灵敏度余量大于 40 dB）。用 1 dB 衰减器将回波幅度从 100% 衰减，直到在扫描基线上还能看到反射回波峰值，衰减的 dB 数应大于 30 dB。​

电噪声电平测试​

测试标准：GB 9214 规定仪器电噪声电平应小于等于显示器垂直高度的 20%，以最高噪声乘以 70% 作为衡量标准。​

测试方法：将衰减型仪器灵敏度余量调至 0，增益型仪器衰减器调至 110 dB，用闸门宽度调整与基线宽度一致，利用峰值搜索或波峰记忆功能记录最高噪声信号幅度，乘以 70% 后与 20% 比较判断仪器信噪比是否合格。​

组合灵敏度测试​

测试标准：用 2.5 P Ф 2 0 度直探头发现 200 毫米处 Ф 2 平底孔，平底孔反射回波高度达到基准高度 80% 时，仪器与探头组合灵敏度余量大于等于 48 dB；用 5P Ф 14 0 度直探头探测时，灵敏度余量大于 40 dB。​

测试方法：用两只直探头分别探测 200 毫米处 Ф 20 平底孔，读取平底孔反射回波高度达到 80% 时仪器的灵敏度余量，与标准比较判断是否合格。​

组合分辨率测试​

测试规定：仪器与纵波直探头组合分辨率应大于 20，与横波斜探头组合分辨率应大于等于 12。​

测试器材：超声波探伤仪、2.5 P Φ 20 0 度脉冲直探头、2.5 P 13×3K2、CSK - IA 标准试块。​

直探头测试方法：移动探头将 CSK - IA 试块 85 和 91 平面反射回波高度调至满屏高度 80% 且一样高，记录灵敏度余量。调节衰减器使波谷高度调至 80%，比较两次灵敏度余量差值与 20 dB 的大小。​

斜探头测试方法：用斜探头扫查 CSK - IA 试块 φ 50、φ 44 圆孔形成的阶梯，将反射回波高度调至满屏高度 80% 且一样高，记录灵敏度余量。调节衰减器使波峰到波谷高度从 100% 调至 80%，比较两次衰减器 DB 差值与 12 dB 的大小。​

直探头盲区测试​

测试标准：标称频率 5 兆的中波直探头盲区应小于 10 毫米，2.5 兆中波直探头盲区应小于 15 毫米。​

测试器材：超声探伤仪、5 兆 4 零度纵波直探头、2.5 兆 4 零度纵波直探头、CSK -IA 标准试块。​

测试方法：将两个直探头分别进行纵波扫描基线校准，量程调至 40 毫米，分别放在试块有机玻璃孔上面和左侧侧面，探测不同直径有机玻璃孔圆弧顶面，将反射回波幅度调至基准高度 80%，观察哪一个圆弧顶面反射回波离主和始波最近且能分开，将扫描基线下方显示的 s 值与标准值比较。​

频率误差测试​

测试标准：仪器与探头组合频率误差标准值为探头标称频率的 10%。​

测试设备：超声波探伤仪、100 兆频带宽度示波器。​

测试方法：连接探伤仪与示波器，用探头向被检工件或试块发射超声波获得反射回波，调节示波器显示底波扩展波形，读出反射回波前一个周期和后两个周期的时间，取倒数得到频率，计算频率相对误差与标准比较。​

斜探头偏斜角测试​

测试标准：部分标准规定斜探头偏斜角标准值为正负 2 度。​

测试设备：超声波探伤仪、CSK - 1A 试块、使用的斜探头。​

测试方法：将 1A 试块放倒，根据探头 k 值选择测试方式（k 值小于 1 用二次波，大于 1 用试块下棱角），移动探头使反射回波达到最高点，测量探头前端与试块边缘的角度，与标准值比较。​

相关思考题与行业问题探讨​

基础理论应用实例思考：思考超声波基础理论学习中未得到正确应用的案例，如在振动、扰射、材料均匀性、声压透射率、反射率等方面，通过分析案例提高对基础理论的理解和应用能力，进而提升探伤理论和技术水平。​

制约超声检测技术发展问题思考：思考仪器探头试块部分学习中制约超声检测技术正确发展的问题，例如标准未规定直缝焊管超声波探伤校准试块时如何开展检测工作，以及在检测前如何调节仪器扫描基线和设置判据。​

探头粘耐磨片影响思考：探讨给探头底面粘耐磨片的影响。一方面，探头施加压力过大易磨损，且压力会影响耦合效果；另一方面，耐磨片的声速、胶的透声性能以及与探头内部有机玻璃声速差异等因素，可能导致折射角度变化、透光率下降，不建议粘贴耐磨片。同时，制作探头的材料（如有机玻璃）需重新测试，压电晶体倾斜角度和粘贴胶特性也需不断修正。