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1、过程装备制造与检测实验课的任务和要求过程装备制造与检测是为过程装备与控制工程专业开设的一门重要的专业基础课，实验的目的是使学生掌握利用无损探伤的方法（超声波探伤、磁粉探伤）对工件进行缺陷检测和评价的能力。其任务为：1.使学生获得有关无损检测的基本理论和基础知识；2.掌握常用的无损检测方法、步骤和技术；3.了解有关检测设备的工作原理、技术条件、操作规则等；4.培养学生根据检测的结果判断缺陷性质的能力。实验教学基本要求1.掌握利用超声波进行缺陷检测的基本原理，能够正确使用超声波探伤设备，掌握探伤工艺和进行探伤计算；2.掌握利用磁粉探伤仪进行缺陷检测的基本原理，能够制定正确的探伤工艺并按该工艺正确操
2、作探伤设备；3.初步掌握根据探测的结果估计缺陷的大小、形状或存在范围，以及确定缺陷的危害程度。实验守则为了维护正常的实验教学秩序，提高实验课的教学质量，顺利的完成各项实验任务，确保人身、设备安全，特制定如下实验规则：一、实验前必须充分预习，完成指定的预习内容，并写出预习报告，预习要求如下：1、 认真阅读本实验指导书，明确本次实验的目的，了解实验内容；2、 完成各实验预习要求中指定的内容；3、 熟悉实验步骤；二、实验时，必须听从教师的指导，严格遵守设备操作规程，注意人身安全及设备安全，不得动用与本次实验无关的设备仪器；三、实验时注意观察，如发现有异常现象（电脑故障或实验设备故障），必须及时报告指
3、导老师，严禁私自乱动；四、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验数据，记录的原始结果必须经指导教师审阅签字后，方可离开；五、自觉保持实验室的肃静、整洁；实验完毕，整理好仪器、设备及场地；六、损坏设备、仪器，根据情节轻重按学校规定进行赔偿；七、凡有下列情况之一者，不准做实验：1、 没有写预习报告者；2、 实验开始后迟到10 分钟以上者；3、 实验中不遵守实验室有关规定，不爱护仪器，表现不好而又不服从管理教育者；八、实验后，必须认真作好实验报告，下次实验时交实验指导老师批阅，否则视为缺做一次实验。九、一次未做实验，本实验课成绩视为不及格。以上实验规则，请同学们自觉遵守。实验一 超声波检测一、实
4、验目的1.熟悉超声波探伤仪的使用；2.了解直探头和斜探头探伤的原理和过程；3.掌握确定缺陷位置的方法。二、主要实验设备1.超声波探伤仪；2.直探头和斜探头；4.标准试块CSKA、CSKA；5.刻度尺；6.耦合剂。三、实验原理1.超声波检测原理超声波检测是利用超声波能在物质中传播，并且像光束一样产生反射及折射等性质来实现的。探伤仪发出的高频脉冲来激发探头中的压电晶片，将高频电能转换成超声频率的机械振动，再把这种振动耦合到工件中去，利用超声波在工件内的传播来进行探伤。超声波在传播中遇到有不同介质的界面（如工件底面、工件内部缺陷）将进行反射，一部分反射回来的超声波又被压电晶片接收，并逆转成电讯号，经
5、放大后在示波管上显示出来，根据此反射波便可对工件内部的缺陷进行判别。2.缺陷位置的确定超声波在工件中的传播与折回需要时间，从探头发出超声波到接收反射波所相隔的时间与超声波在工件内所经历的路程声程成正比。示波管的横坐标为时间坐标，因此通过比较缺陷回波与已知声程回波在示波管水平方向上的位置，可以计算出缺陷声程，从而确定缺陷位置。3.缺陷当量大小的确定缺陷当量大小与实际大小是两个完全不同的概念。缺陷的几何形状往往是复杂和不规则的，其实际大小一般很难测量准确。在超声波探伤中，常采用当量定量法。若缺陷的回波声压和同声程的某种标准几何反射体的回波声压相同，则二者是同当量的。对于回波声压与同声程标准几何反射
6、体回波声压不等的缺陷，可通过计算求出其当量大小。在远场区，声压P和声程S的关系是： （1）同理，直径为的平底圆孔其回波声压为：P P对于两个同声不同直径1、2的平底圆孔，其回波声压关系为：声压比用分贝表示： 则 所以 （2）探伤中常利用式（2）来计算缺陷的当量大小。4、标准试块如下列图所示图1 标准试块CSKA图2 标准试块CSKA图3 标准试块CSKA图4 标准试块CSKA四、实验步骤首先按住“电源”按钮，听到“滴”的一声后则开机成功，进入初始界面，如下图所示。然后，就可以进行探伤操作了。图5 探伤仪面板图(一)直探头探伤按“探伤调节”进入下一级目录1.通道选择选择通道号，输入要保存的通道号
7、，然后按“返回”按扭返回上一目录；2.设定探头参数；探头类型：单直晶片尺寸：20探头频率：2.5MHz探头前沿：0（默认值）探头K值：0（默认值）3.声速设定 5900 m/s；4.在被测试块表面均匀涂布耦合剂；5.零点偏移 (1)零点测试 对于CSKA试块，如图1中的厚度25测试时设置一次声程为100，声程设置为100、当前声速设置为5900m/s。测试成功后按“”“”按钮调节增益将第一次回波幅值调至满刻度的80，这时屏幕上将依次显示四个逐渐衰减的波峰，各波峰间的距离即为测得试块的厚度。显示屏右侧所显示的深度值即为测得的厚度。(2)测试完成后返回上一级目录进行零点调节，值设置为0，使底波位于
8、坐标原点处。6.保存通道 零点偏移完成后返回上一级目录，“通道选择”“保存通道”选1覆盖，即完成保存。7.测量厚度返回上一级目录，按“通道选择”选择所需要的通道号按“打开通道”就可以进行厚度测量了。(1)图1中试块宽度为100测量时，声程设置为400。这时屏幕上将依次显示四个逐渐衰减的波峰，各波峰间的距离即为测得试块的宽度。显示屏右侧所显示的深度值即为测得的厚度。(2)图1中厚度为20测量时，声程设置为80。这时屏幕上将依次显示四个逐渐衰减的波峰，各波峰间的距离即为测得试块的宽度。显示屏右侧所显示的深度值即为测得的厚度。(3)标准试块CSKA，如图3，厚度为30测量时，声程设置为120。屏幕上
9、将依次显示四个逐渐衰减的波峰，各波峰间的距离即为测得试块的厚度。显示屏右侧所显示的深度值即为测得的厚度。(4)图3中试块宽度为150测量时，声程设置为450、当前声速设置为5900m/s。屏幕上将依次显示三个逐渐衰减的波峰，各波峰间的距离即为测得试块的宽度。显示屏右侧所显示的深度值即为测得的厚度。8.波形及数据保存如果要保存上一步测的数据和波形，在测量得到理想的波形后稳住探头，按“数据处理”“数据存储” 输入波形号按“数据存储”，显示“保存成功”，则测得的数据和波形就被保存到相应的通道下。9.查看通道列表 “探伤调节”“通道选择”“通道列表”，包括以下两项：(1)参数列表：显示当前通道所有参数
10、。(2)目录列表：显示所有已保存通道详细状态。（二）斜探头探伤按“探伤调节”进入下一级目录1.通道选择选择通道号，输入要保存的通道号2.设定探头参数探头类型：单斜晶片尺寸：66（812）探头频率：5MHz（2.5MHz）探头前沿：待测探头K值：待测3.声速设定 3420 m/s4.在被测试块表面均匀涂布耦合剂。5.零点偏移 (1)零点调节：值设置为0。(2)零点测试 将一次声程设置为50mm、当前声速设置3240m/s。入射点测量 把探头放在CSKA标准试块25mm宽的探测面上，然后将探头1/4弧面的圆心附近前后平稳地移动，并将其弧面回波调至80高度左右。当探头入射点与圆心重合时，声束中心通过
11、圆心扫查到圆弧面上，此时在荧光屏上呈现最高振幅。用刻度尺测量探头前沿至R100mm端面距离L，则入射点至探头前沿距离L0100L，如下图6所示。入射点要测量三次，取平均值，误差0.5mm。图6 入射点测量示意图K值测量 将探头的前沿对准50mm孔的圆弧面平稳地前后移动，当主声束扫查至圆弧面且其延长线通过圆心时，在荧光屏上呈现其回波的最高振幅。此时测量探头前沿至试块端部距离L，就可以利用公式求出K值的大小，即：K值也要测量三次，取平均值，误差“探头参数”将测量和计算得到的“探头前沿”和“探头K值”设定好。6.保存通道 零点偏移完成后返回上一级目录，“通道选择”“保存通道”选1覆盖，即完成保存。7
12、.绘制距离波幅曲线绘制方法是：当探头主声束分别扫查一组基准反射体，如图7所示，分别扫查从1050深度的1孔。使其在荧光屏上都呈现最高振幅，并调整到某一基准高度（例如50），则得到几组数据和波形，此即基准灵敏度，将这些数据和波形分别保存。然后分别记录下这些波形第一次回波最高值所对应的深度和波幅。假设被测焊缝母材的厚度为30mm，则按表1规定的灵敏度，分别计算出其评定线、定量线、判废线的灵敏度，画出距离dB曲线，并将其在坐标纸上画出来，如图8。图7 扫查一组基准反射体图 图8 距离dB曲线的绘制与应用示意图8.查看通道列表 “探伤调节”“通道选择”“通道列表”，包括以下两项：(1)参数列表：显示当
13、前通道所有参数。(2)目录列表：显示所有已保存通道详细状态。表1 距离波幅曲线的灵敏度试块形式板厚/mm评定线定量线判废线CSKA8151612dB166dB16+2dBCSKA1546169dB163dB16+5dBCSKA46120166dB1616+10dB五、注意事项：1.对仪器、试块等要注意爱惜，实验结束后，要加以整理和清洁。2.耦合剂要涂布均匀，尽量减小误差。3.当屏幕右下角显示BAT值小于10的时候，要及时存储数据，以防止由于缺电自动关机导致数据丢失。4.直探头测量时屏幕右侧所显示的深度和距离值为同一值（即被测件的厚度或缺陷的深度），斜探头探测时，“深度”值为缺陷到试块表面的垂直
14、距离，而“距离”则是指探头入射点到缺陷处的直线长度。5.各组实验结果最后须经指导老师检查并认可，整理好仪器设备，打扫现场方可离开实验现场。六、写实验报告。1.列出测量所得的试件几何尺寸数据；2.计算K值；3.绘制距离dB曲线；4.讨论、分析试验结果，分析误差原因。实验二 磁粉探伤一、实验目的了解磁粉探伤原理，掌握其操作方法。二、磁粉探伤基本原理磁粉探伤是利用铁磁物质内的缺陷磁导率的变化，“切割”铁磁物质表面或近表面内的磁感应线，导致磁感应线在缺陷附近离开或进入试件表面所形成的磁场称之为漏磁场，形成一个小NS磁极。通过漏磁场感应并吸附磁粉于缺陷附近而形成磁痕，以放大的形式显示缺陷的部位和大小形态
15、。如下图所示。图9 裂纹的存在引起漏磁场显然，只有当磁场强度达到可以吸附磁粉的程度时，缺陷才能被观察到，所以提高磁粉探伤灵敏度，就必须提高漏磁场的强度。它主要于被检工件中的磁感应强度B有关，即工件经外磁场磁化后，工件中磁感应强度B大则缺陷处漏磁场强度大，通常认为工件内磁感应强度达到8000高斯左右就可以保证缺陷漏磁场吸附磁粉。此外，象裂纹形状的缺陷，当裂纹与磁力线平行时，其阻碍磁力线通过的断面很小，磁力线只发生很小的弯曲，不足以产生漏磁场，只有当裂纹与磁力线垂直时，才会产生漏磁场，因此，对每一工件必须进行纵横两个方向的磁化和探伤。图10 漏磁场吸引磁粉三、磁粉探伤机及其操作磁场的产生有两种方法：周向磁化法和纵向磁化法。周向磁化法是使磁场方向与零件的纵向中心线相垂直。纵向磁化法是使磁场的方向与工件的纵向中心线相平行。四、实验步骤(1)被探伤试块表面清理；(2)配制磁粉液；本实验采用湿法检验。将磁粉配制成磁悬液，常用轻质变压器油与煤油：其中加入磁粉。(3)把试块涂上磁粉液，并分别进行周向磁化和纵向磁化。仔细察看试块表面，并作为记录；(4)整理实验仪器、用具。五、实验报告1.叙述对试块进行探伤的过程及探伤的体会；2.画出试块上缺陷的大小及部位。10