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1、超声波特性及超声探伤实验报告一 实验原理：超声波在材料内部传播时，与被检对像相互作用发生散射，散射波被同一压电换能器接 收, 由于正压电效应, 振荡的晶片在两极产生振荡的电压, 电压信号被放大后可以用示波器 显示，检测。超声探伤是通过收集反射波来获得物体内部的信息。在进行缺陷定位时,首先找到缺陷反射回波最大的位置,然后测量缺陷反射回波最大的位置,然后测量缺陷反射回波对应的时间,根据被测材料的声速可计算出垂直深度。在超声成像时,探头在试块顶部二维扫描,就可得立体图像。二 实验内容及数据1. 超声纵波的主要性能表征及试块缺陷深度的定位1) 直探头的波形：波形两通道如图，且更大范围看后，会发现波的振
2、幅越来越小，及波逐渐衰减和反射。超声频率：测量方法：为减小误差，数连续多个波形的时间间隔，用来计算纵波的振动周期，取多个区间平均值，得平均的周期，用周期来求出超声频率。周期个数时间间隔（s）振动周期（s）30.80.26741.160.2992.620.291平均周期（s）0.28625则由平均周期得超声频率为：f=1/T=3.5106(Hz)2) 直探头的延迟时间：将直探头放在试块上，观察示波器波形。记起始波开始时间为t0，第一次反射时间t1，第二次反射时间为t2。t0=-0.2st1=18.8st2=37.6s则易得延迟时间为：td=2t1-t0-t2=0.2（s）纵波声速：试块的高度为H
3、=6（cm），则试块中的纵波声速为c=2Ht2-t1=2610-2（37.6-18.8）106=6.38103（ms）3) 定位缺陷中不同缺陷的深度：在示波器上找到缺陷反射波，记缺陷反射波的起始时间为t。A缺陷：tA=6.3sHA=ctA-t0-td/2=6.381036.3+0.2-0.210-6/2=2.009710-2mB缺陷：tB=15.6sHB=ctB-t0-td/2=6.3810315.6+0.2-0.210-6/2=4.9810-2mC缺陷：tC=8.9sHC=ctC-t0-td/2=6.381038.9+0.2-0.210-6/2=2.83910-2mD缺陷：tD=9.1sHD
4、=ctD-t0-td/2=6.381039.1+0.2-0.210-6/2=2.90310-2m4) 直探头的扩散角：找到反射波的最高峰，由示波器测得峰值，取一半的值，用光标表明位置，沿水平线移动到峰值与标记的光标平齐，测得此时位置（找到参考点）。借助A缺陷：x1=1.68cmx2=2.40cm易得：=2arctanx2-x12HA=20.42. 超声横波的主要性能表征及试块缺陷的定位1) 斜探头的波形：波形两通道如图，且更大范围看后，会发现波的振幅越来越小，及波逐渐衰减和反射，且衰减的速度更快。超声频率：测量方法：为减小误差，数连续多个波形的时间间隔，用来计算横波的振动周期，取多个区间平均值
5、，得平均的周期，用周期来求出超声频率。周期个数时间间隔（s）振动周期（s）20.720.3631.120.37341.540.385平均周期（s）0.376则由平均周期得超声频率为：f=1/T=2.66106(Hz)2) 斜探头延迟时间，横波声速;记同心圆小圆的半径为R1，大圆的半径为R2.起始波的时间为t0，小圆反射波时间为t1，大圆反射波时间为t2.记在测量时间时，斜探头靠近边沿的位置为L1，圆心距斜探头该端为L（如图）。在圆心出左右移动斜探头，当观察到波峰最高时，开始记录以上数据。得到：t0=-0.6st1=23.4st2=42sR1=3cmR2=6cmL1=4.52cmL=1.59cm
6、由以上数据可以得到：td=R2t1-R1t2R2-R1-t0=0.744sC=2R2-R1t2-t1=3.23103m/s3) 试块对超声波的折射角：已知：LA=20mmHA=20mmLB=50mmHB=50mm记当在斜探头在缺陷A附近一水平线运动时波峰最高处，斜探头边缘与试块最边缘的距离为LAO；在缺陷B附近一水平线运动时波峰最高处，斜探头边缘与试块最边缘的距离为LBO。经测量，得出：LAO=3.08cmLBO=9.14cm由以上数据易得：=arctanLBO-LAO-LB-LAHB-HA=45.54) 依靠缺陷B，测量斜探头的扩散角：找到反射波的最高峰，由示波器测得峰值，取一半的值，用光标
7、表明位置，沿水平线移动到峰值与标记的光标平齐，测得此时位置（找到参考点）。得到：x1=4.36cmx2=5.60cm则易得：=2arctanx2-x12HBcos2=7.1013. 计算铝的弹性模量：=v1vt=6.383.23=1.97G=vt2=8.721109Pa=2-222-1=0.326E=vt232-42-1=2.3141010Pa三 实验误差分析1. 对于波峰有没有达到最高，是用眼睛自己观察，对于实验数据的准确性有很大的影响。2. 对于周期的观察，数波的多少，会发现由于环境的影响波会与一些不稳定或是形状的改变，使得最后测得的周期有一些偏差。3. 在一水平线上移动，纯粹靠手，虽然会寻找参考线移动，但是难免会有偏差。