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1、 超声检测课程设计 课题：旋翼梁的超声检测 学院：测试与光电工程 班级：11081211 姓名：魏铄岩 指导老师：李坚 二零一四年九月十七日 测试与光电工程学院 课程设计任务书 测控 系 11081211 班 学生 魏铄岩 学号 11081211 课题名称：旋翼梁 的超声检测 课题设计要求：1.编制所指定工件的超声探伤工艺规程，工艺卡。2.说明编制规程、工艺卡所依据的标准的条目，所选择参数的计算方法和过程。3.通过实践验证所编的规程、工艺卡的合理性和可靠性，如不能正确检测缺陷，则对所编规程进行修改，直到能检出。分析影响检测结果的相关因素，根据自己的实际的检测过程，重点分析其中一种的原因以及解决
2、方法。4.根据自己选定的标准中的验收规定，对缺陷定量、定性、定位。课题内容：1.给定定工件实物名称、材料、热处理状态等。2.根据超声检测原理和工艺步骤，设计探伤规程和工艺卡。3.编写设计根据和原理说明。4.对实物进行检测，验证设计的合理性，或做修改，反复，达到设计上合理，实践上可行的要求。5.撰写课程设计报告（内含工件的检测报告）。进度安排：1.周一安排任务，任务说明 2.周二周四，查阅资料，设计。3.周四周五答疑，验证确定设计任务。主要参考资料:1.GJB 1580A-2004 变形金属超声检验方法 2.JB4730-2005 特种设备无损检测 3.郑辉等编 超声检测中国劳动社会保障出版社
3、2007 年 系负责人：宋凯 指导教师：李坚 2014 年 9 月 旋翼梁的超声检测 学生姓名：魏铄岩 学号：11081211 指导老师：李坚 摘要：超声检测是指用超声波来检测材料和工件、并以超声检测仪作为显示方式的一种无损检测方法。超声检测是利用超声波的众多特性（如反射和衍射），通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。本次课程设计利用超声检测的方法对旋翼梁进行检测。关键词：旋翼梁、超声、超声检测、缺陷 指导老师签名：目录 前言.1 1 钢锻件超声检测
4、和质量分级.2 1.1 范围.2 1.2 探头.2 1.3 单直探头标准试块.2 1.4 检测方法.3 1.4.1 一般原则.3 1.4.2 纵波检测.3 1.4.3 横波检测.4 1.5 灵敏度的确定.5 1.6 工件材质衰减系数的测定.5 1.7 缺陷当量的确定.6 1.8 缺陷记录.6 1.9 质量分级等级评定.6 2 超声检测工艺卡.8 3 纵波检测旋翼梁（锻件）编制说明.10 3.1 调试好仪器.10 3.2 探头的选择.10 3.3 深度定标.10 3.4 确定起始灵敏度.10 3.5 扫查方式.11 3.6 耦合剂的选择.11 3.7 缺陷评定 (见 GJB1580A-2004)
5、.11 4 旋翼梁的超声检测报告.12 5 总结.13 6 致谢.14 7 参考文献.14 1 前言 近年来，作为五大常规无损检测方法之一的超声检测（ultrasonic）在工业上有着非常广泛的应用。超声检测是一门新兴的应用科学技术。在工科高等院校中，应用物理，检测技术及仪器制造开设无损检测的课程很多。它以物理学、力学、电子学、计算机与材料科学为基础，在不破坏材料的前提下，应用近代物理学、电子学、和计算机科学提供的各种信息检测与信息处理技术，及时准确的发现工程材料及其表面的各种缺陷；测定材料的各种性能与物理量，并给与评价。其应用范围广泛检测结果准确，是检测领域畅谈的热题之一。目前在工业生产中已
6、成熟应用的常规无损检测方法包括五大类，他们分别是：射线检测技术（RT）、超声检查(UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）与涡流检测（ET）。超声检测是常规无损检测的重要方法之一。超声检测是声源产生超声波采用一定的方式使超声波进入工件。超声波在构件中传播并与工件中的材料及其中的缺陷发生作用，使传播方向或特征被改变。改变后的超声波被检测设备接收并对其进行处理分析。根据接收的超声波的特征评估工件本身及其内部是否存在缺陷。可以检测工件的内部叫深的缺陷，这是磁粉检测无法达到的，比射线更安全效率也更高，检测也比较方便。材料基本不受限制。应用广泛。超声检测在五大常规检测中具有极其重要的位置，通过本次实践
7、与理论的结合让我提高了对超声检测理论的理解和实际的应运。2 1 钢锻件超声检测和质量分级 1.1 范围 条适用于承压设备用碳钢和低合金钢锻件的超声检测和质量分级。本条不适用于奥氏体钢等粗晶材料锻件的超声检测，也不适用于内、外半径之比小于80%的环形和筒形锻件的周向横波检测。1.2 探头 双晶直探头的公称频率应选用 5MHz。探头晶片面积不小于 150mm2；单晶直探头的公称频率应选用 25MHz，探头晶片一般为 14 25mm。1.3 单直探头标准试块 采用 CS试块，其形状和尺寸应符合图 1 和表 1 的规定。如有需要也可采用其它对比试块。图 1 CS标准试块 3 表 1 CS标准试块尺寸
8、mm 试块序号 CS-1 CS-2 CS-3 CS-4 L 50 100 150 200 D 50 60 80 80 1.3.1 检测面是曲面时，应采用 CS 标准试块来测定由于曲率不同而引起的声能损失，其形状和尺寸按图 2 所示。1.3.2 检测时机。检测原则上应安排在热处理后，孔、台等结构机加工前进行，检测面的表面粗糙度 Ra6.3 m。图 2 CS 标准试块 1.4 检测方法 1.4.1 一般原则 锻件应进行纵波检测，对筒形和环形锻件还应增加横波检测 1.4.2 纵波检测 a）原则上应从两个相互垂直的方向进行检测，尽可能地检测到锻件的全体积。4 主要检测方向如图 3 所示。其它形状的锻件
9、也可参照执行；b）锻件厚度超过400mm 时，应从相对两端面进行 100%的扫查。注：为应检测方向；为参考检测方向 图 3 检测方向(垂直检测法)1.4.3 横波检测 钢锻件横波检测应按附录C（规范性附录）的要求进行。5 1.5 灵敏度的确定 单直探头基准灵敏度的确定：当被检部位的厚度大于或等于探头的3 倍近场区长度，且探测面与底面平行时，原则上可采用底波计算法确定基准灵敏度。对由于几何形状所限，不能获得底波或壁厚小于探头的 3 倍近场区时，可直接采用 CS标准试块确定基准灵敏度。扫查灵敏度一般不得低于最大检测距离处的 2mm 平底孔当量直径。1.6 工件材质衰减系数的测定 1.6.1 在工件
10、无缺陷完好区域，选取三处检测面与底面平行且有代表性部位，调节仪器使第一次底面回波幅度（B1 或 Bn）为满刻度 50%，记录此时衰减器读数，再调节衰减器，使第二次底面回波幅度（B2 或 Bm）为满刻度的 50%，两次衰减器读数之差即为（B1-B2）或（Bn-Bm）的 dB 差值（不考虑底面反射损失）。1.6.2 衰减系数（T3N，且满足 n3N/T，m=2n按式（1）计算：=（Bn-Bm）-6/2（m-n）T（1）式中：衰减系数，dB/m（单程）；（Bn-Bm）两次衰减器的读数之差，dB；T工件检测厚度，mm；N单直探头近场区长度，mm；m、n底波反射次数。1.6.3 衰减系数（T3N）按式（
11、2）计算 =（B1-B2）-6/2T（2）式中：（B1-B2）两次衰减器的读数之差，dB；式中其余符号意义同式（1）的规定。1.6.4 工件上三处衰减系数的平均值即作为该工件的衰减系数。6 1.7 缺陷当量的确定 1.7.1 被检缺陷的深度大于或等于探头的3 倍近场区时，采用 AVG 曲线及计算法确定缺陷当量。对于 3 倍近场区内的缺陷，可采用单直探头或双晶直探头的距离-波幅曲线来确定缺陷当量。也可采用其它等效方法来确定。1.7.2 计算缺陷当量时，若材质衰减系数超过4dB/m，应考虑修正。1.8 缺陷记录 1.8.1 记录当量直径超过 4mm 的单个缺陷的波幅和位置。1.8.2 密集区缺陷：
12、记录密集区缺陷中最大当量缺陷的位置和缺陷分布。饼形锻件应记录大于或等于 4mm 当量直径的缺陷密集区，其它锻件应记录大于或等于 3mm 当量直径的缺陷密集区。缺陷密集区面积以 50mm50mm 的方块作为最小量度单位，其边界可由 6dB 法决定。1.8.3 底波降低量应按表 2 的要求记录。表 2 由缺陷引起底波降低量的质量分级 等级 底波降低量 BG/BF 8 814 1420 2026 26 注：本表仅适用于声程大于近场区长度的缺陷。1.9 质量分级等级评定 1.9.1 单个缺陷的质量分级见表3。1.9.2 缺陷引起底波降低量的质量分级见表2。7 表 3 单个缺陷的质量分级 等级 缺陷当量
13、直径 4 4+（0 dB 8dB）4+（8 dB 12dB）4+（12 dB 16dB）4+16dB 缺陷密集区质量分级见表4。表 4 密集区缺陷的质量分级 等级 密集区缺陷占检测总面积的百分比，%0 05 510 1020 20 1.9.3 表 2、表3 和表4 的等级应作为独立的等级分别使用。1.9.4 当缺陷被检测人员判定为危害性缺陷时，锻件的质量等级为。8 2 超声检测工艺卡 超声检测工艺卡 编号：D17 产品名称 旋翼梁 产品编号 D17 工件 部件名称 厚度 50mm 部件编号 规格 300*50mm 材料牌号 LD5 检测时机 热轧后 检查项目 锻件 坡口形式 表面状态 热扎退火
14、毛面 焊接方法 仪器探头参数 仪器型号 PXUT-27 仪器编号-探头型号 2.5P14Z 试块种类-检测面 整个外表面 扫查方式 锯齿和平行扫查 耦合剂 30#机油 表面补偿 4db 扫描线调节 深度 1：1 检测灵敏度 250mm 技 术要求 检测标准 GJB1580A-2004 检测比例 100%验收标准 GJB1580A-2004 合格级别 I 级（AAA 级）9 检测部位示意图：纵向缺陷检测：锯齿，前后，左右，转角，环绕。扫查灵敏度应比纵向检测灵敏度再高 6db。扫查过程中探头沿图示方向移动。旋翼梁 扫查方向 扫查方向 说明:1 检测时用的是对比试块法 2 检测时要区分底波和缺陷波。
15、在一次底波之前出现的多半为缺陷波 编制（资格）（级）（资格）（级）日期 2014 年 月 日 2014 年 月 日 2014 年 月 日 10 3 纵波检测旋翼梁（锻件）编制说明 3.1 调试好仪器 声速调准到 5900m/s；调节声程键使检测范围为一个合适的值；折射角度设为零度；通道为单探头模式。（实验使用仪器PXUT-27 型）3.2 探头的选择 选择高的频率有利于发现更小的缺陷；声束指向性好。但频率越高，近场区长度越大，衰减越大。所以一般选择低频率的，常选择0.52.5MHZ。探头晶片尺寸越大，半扩散角越小，声束指向性越好，实际检测大面积工件时，经常选择晶片大的，提高效率。但实际检测中，
16、考虑到检测工件在检测面很窄，一般选择合适的晶片尺寸。本次检测中综合选择的条件选择 2.5p14N 3.3 深度定标 使用一个标准的试块，用它的一次底波和二次底波进行深度方向的1:1 定标。1)用波门框住第一次底波，调节始波偏移使仪器的PS=试块的厚度;2)再用波门框住第二次底波，调节声速使仪器的 PS=试块厚度的两倍；3)重复 1）、2）的步骤直到两次底波被框住时，在仪器上的显示分别为试块厚度的一倍和两倍。3.4 确定起始灵敏度 计算起始灵敏度公式：（表面补偿 4dB）11 3.5 扫查方式 扫查前将仪器的增益调到起始灵敏度。再把要扫查的工件表面涂好耦合剂(30#机油)，注意扫查间距不应大于探
17、头直径的一半。扫查速度不应超过150m/s；保证工件的全部被检测区域都能被超声束所覆盖；应尽量使主声束与缺陷反射面相垂直，以获得最大的回波高度。3.6 耦合剂的选择 超声检测中使用的耦合剂，一般要求：容易附着在工件表面上，有足够的浸润性，以排除探头与检测面之间由工件表面污渍造成的空气薄膜。声特性阻抗尽量与被检测材料的声特性阻抗相差小，有利于超声进入工件；对人体没有伤害，容易清除，价格廉价，来源广，对工件没有损害，本次实验选择的是 30#机油。3.7 缺陷评定 (见 GJB1580A-2004)12 4 旋翼梁的超声检测报告 委托单位 南昌航空大学 报告编号 检验单位 110812 班 11 号
18、 检验日期 2014/9/18 工件 工件名称 旋翼梁 工件编号 D17 工件规格 300*50 材料牌号 LD5 工件数量 1 工件状态 热扎退火毛面 检 测条件 仪器型号 PXUT-27 探头型号 2.5P14N 试块型号-耦合剂 30#机油 验收标准 GJB1580A-2004 验收等级 I 级（AAA 级）起始灵敏度 250（增益数为 47.5dB）检测结果：旋翼梁 缺 陷序号 缺陷坐标 缺陷指示长度L 缺陷当量 结论 X Y Z BG/BF 面积比 13 检测结论：经检测后未找到缺陷，该工件合格 校验 校对 审核 5 总结 我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学
19、，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的经历。14 6 致谢 在这次课程设计的完成过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把课设做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少的设计难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的老师和同学们。7 参考文献 1、JB/T4730.32005 特种设备无损检测 超声部分 2、GJB 1580A-2004 变形金属超声检验方法 3、郑辉 林树青主编超声检测中国劳动社会保障出版社2007 年