Методы измерения акустических параметров ультразвуковых волн

Н.П. Алешин, А.Л. Ремизов, А.А. Дерябин

Методы измерения акустических параметров 

ультразвуковых волн

Методические указания 

по выполнению дополнительных лабораторных работ

Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана

УДК 681.2+621.791
ББК 34.441
          А49

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/47/book1657.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Технологии сварки и диагностики»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Алешин, Н. П.

Методы измерения акустических параметров ультразвуковых 

волн : методические указания по выполнению дополнительных лабораторных 
работ / Н. П. Алешин, А. Л. Ремизов, А. А. Дерябин. —  
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 38, [6] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4684-1

Приведен материал для дополнительных занятий по курсу «Научная 
работа студентов», который основан на работах в области ультра- 
звукового контроля, позволяющих студентам получить практические 
навыки измерения акустических параметров ультразвуковых волн, построения 
диаграммы направленности преобразователей.

Для студентов кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ 

им. Н.Э. Баумана.

УДК 681.2+621.791
ББК 34.441

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

 
© Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-4684-1 
     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

А49

Предисловие

В настоящее время ультразвуковые методы неразрушающего 
контроля находят широкое применение в промышленности. Тех-
нологии контроля и приборы требуют от оператора глубоких тео-
ретических знаний и практических навыков. 
Целью проведения дополнительных лабораторных работ в рам-
ках действующего на кафедре «Технологии сварки и диагностики» 
кружка «Ультразвуковой контроль» является освоение методов из-
мерения скоростей ультразвуковых волн, построения диаграмм на-
правленности, измерения параметров пьезоэлектрических преоб-
разователей (определение точки выхода луча и угла ввода волны),  
а также настройки браковочной чувствительности. 
В результате студенты получат навыки проведения исследо-
вательских работ по изучению акустических свойств материа-
лов и параметров оборудования, используемого при проведении  
ультразвукового контроля сварных конструкций.  

Работа № 1

Изучение стандартного образца СО‑1

Цель работы — получение навыков работы со стандартным об-

разцом СО-1. 

В результате проведенной работы студенты смогут самостоя-
тельно настраивать временнûе характеристики прибора УД 2-70 
и условную чувствительность, проверять разрешающую способ-
ность оборудования.
Продолжительность работы: 1 ч.
Оборудование: ультразвуковой дефектоскоп УД 2-70, комплект 

преобразователей; стандартный образец СО-1; масло минераль-
ное.

1.1. Краткие теоретические сведения

Стандартные образцы СО-1 (рис. 1.1) предназначены для 

определения условной чувствительности, проверки разрешающей 
способности и погрешности глубиномера ультразвукового дефек-
тоскопа.
Технические характеристики стандартного образца СО-1:
1) изготовлен из органического стекла по ГОСТ 17622–72;

Рис. 1.1. Стандартный образец СО-1

2) скорость распространения продольной ультразвуковой вол-

ны на частоте 2,5±0,2 МГц при температуре 20±5 °C составляет 
2670±133 м/с;

3) время распространения ультразвуковых колебаний в пря-

мом и обратном направлениях 20±1 мкс;

4) геометрические 
размеры 
соответствуют 
требованиям  
ГОСТ 14782–86.

1.2. Порядок выполнения работы

1. Подключить к прибору прямой пьезоэлектрический преобразователь (
ПЭП) с углом ввода, равным 0°, и частотой 2,5 МГц 
(рис. 1.2).

2. Включить прибор и в меню «Диапазон» (рис. 1.3) установить 

следующие настройки:

• усиление 50...55 дБ;
• единицы измерения — мкс;
• диапазон 65 мкс (необходим, чтобы можно было увидеть три 

донных сигнала по 20 мкс);

• толщину изделия 20 мкс.
Задержку установить на нулевую отметку.
3. В меню «Приемник» выставить значение частоты ПЭП, равное 
2,5 МГц.

4. В меню «Толщиномер» (рис. 1.4) выставить следующие параметры:

• 
угол ввода луча 0°;

            

         Рис. 1.2. Подключение ПЭП                        Рис. 1.3. Меню «Диапазон»

Рис. 1.4. Меню «Толщиномер»                 Рис. 1.5. Меню «Строб 1»

• значение призмы 0 мкс (значение задержки в ПЭП на данном 
этапе неизвестно);

• скорость ультразвука 2670 м/с, согласно паспортным данным 
на образец СО-1;

• режим 0–2.
5. В меню «Строб 1» (рис. 1.5) выставить следующие значения 

строба:

• начало 15 мкс;
• ширина 10 мкс;
• уровень 60 %.
Значения ширины строба и его начала выбраны таким образом, 
чтобы первый донный сигнал (донный 1), соответствующий 
20 мкс, попал в строб даже при наличии ошибки определения 
времени.

6. Нанести контактную жидкость на образец СО-1 в зоне изме-

рения 20 мкс и установить ПЭП (рис. 1.6).

Полученное значение погрешности 0,1 мкс является удовлет-

ворительным для образца СО-1.

7. Проверить разрешающую способность прямого ПЭП.
7.1. Нанести акустическую смазку на поверхность образца 

СО-1 в зоне, предназначенной для проверки разрешающей спо-
собности прямого ПЭП, и установить на поверхность образца 
преобразователь. Настройки прибора, выполненные в п. 2, не из-
менять (рис. 1.7). Для проверки разрешающей способности ПЭП 
используются отражатели в виде ступенек.

Рис. 1.6. Настройка толщиномера на зону измерения 20 мкс:

а — установка ПЭП в зону измерения; б — состояние экрана дефектоскопа

Рис. 1.7. Проверка разрешающей способности ПЭП:
а — установка ПЭП; б — состояние экрана дефектоскопа после установки ПЭП

Рис. 1.8. Сигнал от дна СО-1:

а — установка ПЭП; б — состояние экрана дефектоскопа

7.2. Для определения принадлежности отраженного сигнала 

к одной из ступенек переместить ПЭП к краю образца СО-1 и най-
ти сигнал отраженный, от дна образца (рис. 1.8)

Перемещая ПЭП вдоль образца СО-1, найти отраженные 

от каждой ступеньки сигналы и определить место, где наблюдают-
ся все три сигнала (рис. 1.9) с максимальными амплитудами. При 
необходимости изменять значения параметров в меню «Диапазон» 
для более четкого разделения сигналов на экране дефектоскопа.

8. Проверить разрешающую способность наклонного ПЭП.
8.1. Нанести акустическую смазку на поверхность образца СО-1 

в зоне, предназначенной для проверки разрешающей способности 
наклонного ПЭП, и установить на поверхность образца преобра-
зователь. Преобразователь выбрать с частотой колебаний 2,5 МГц 
и углом ввода 50°. Настройки, установленные в п. 3, не изменять.

8.2. В меню «Толщиномер» установить угол ввода, указанный 

на ПЭП. В меню «Диапазон» установить параметры диапазона — 
80 мкс, задержку — 0 мкс.

8.3. Перемещая ПЭП вдоль образца СО-1, найти зону, где на-

блюдаются отражения от боковых ступенек. Если необходимо — 
изменить параметры усиления таким образом, чтобы амплитуда 
сигнала не превышала размеры экрана (рис. 1.10).

Рис. 1.9. Сигнал от ступенек:

а — установка ПЭП; б — состояние экрана дефектоскопа

Рис. 1.10. Обнаружение ступенек наклонным ПЭП:
а — нет сигнала от ступенек; б — обнаружение сигналов от ступенек

8.4. Изменить параметры в меню «Диапазон» таким образом, 

чтобы сигнал от отражателя появился примерно в середине экрана.

8.5. Медленно вращая и передвигая ПЭП, добиться появления 

всех трех сигналов от ступенек (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Сигнал от ступенек, обнаруженных наклонным ПЭП:

а — установка ПЭП; б — состояние экрана дефектоскопа

9. Определить условную чувствительность. Условная чувстви-

тельность характеризуется размерами и глубиной залегания вы-
являемых искусственных отражателей, принятых в качестве эта-
лонных и выполняемых в образце из материала с определенными 
акустическими свойствами.

Рис. 1.12. Обнаружение сигналов от бокового сверления:

а — установка ПЭП; б — состояние экрана дефектоскопа