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    常用超聲波探頭的選擇方法添加時間:2016-02-04
    常用超聲波探頭的選擇方法

     常用超聲波探頭的選擇方法  

        超聲檢測中使用的探頭,是利用材料的壓電效應實現電能、聲能轉換的換能器。一般由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護膜和外殼組成,它是組成超聲檢測系統最重要的組件之一,探頭的性能直接影響超聲檢測能力和效果。

    探頭的種類很多,根據波形不同,可分為縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭等。根據耦合方式分為接觸式探頭和液(水)浸探頭。根據波束分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據晶片數量不同又分為單晶單頭、雙晶探頭等。此外還有高溫探頭、微型探頭等特殊用途的探頭。 

    我們先跟著無損檢測設備網來了解一下探頭的命名方式。知道探頭上的數字和字母代表的含義,會有助于增加對探頭的認識,以便準確的選擇探頭。

    探頭型號的組成項目

    探頭的型號一般由數字和字母組成,其排列順序如下:

    標稱頻率、壓電材料、晶片尺寸、種類、特征

    (1)標稱頻率:用阿拉伯數字表示,單位為兆赫(MHz)

    (2)壓電材料:用化學元素縮寫符號表示

    壓電材料

    代號

    鋯鈦酸鉛陶瓷

    P

    鈦酸鋇陶瓷

    B

    鈦酸鉛陶瓷

    T

    鈮酸鋰單晶

    L

    碘酸鋰單晶

    I

    石英單晶

    Q

    其他壓電材料

    N

    注:壓電材料如不采用代號,則用標稱頻率數值表示

     

    (3)晶片尺寸:用阿拉伯數字表示,單位為毫米(mm),其中:圓形晶片用直徑表示;方形晶片用長×寬表示;雙晶探頭用圓形晶片一分為二的,用晶片分割前的直徑表示;方形晶片用長×寬表示。

    (4)種類:用一個或兩個字母作為代號,其中直探頭可不標注

    種類

    代號

    直探頭

    Z

    斜探頭(用K值表示的)

    K

    斜探頭(用橫波折射角表示的)

    X

     斜探頭(用縱波折射角表示的)

    XL

    雙晶探頭

    SJ

    液浸探頭

    YJ

    表面波探頭

    BM

    可變角探頭

    KB

    (5)特征:

    a.斜探頭鋼中折射角正切值(K值)用阿拉伯數字表示;斜探頭鋼中折射角用阿拉伯數字在種類后表示。

    b.雙晶探頭鋼中聲束會聚區中心深度用阿拉伯數字表示,單位為毫米(mm)

    c.液浸式聚焦探頭的水中聚焦用阿拉伯數字表示,單位為毫米(mm);液浸點聚焦探頭用字母DJ作為代號;液浸線聚焦探頭用字母XJ作為代號。

     ------------------------------------------------------------

    在超聲檢測中最常使用到的探頭就是接觸式縱波直探頭和接觸式斜探頭。

    下面就簡單介紹一下這兩種超聲波探頭及選擇方法。

    1.探頭

    a.接觸式縱波直探頭

    探頭1.png

        直探頭由插座、外殼、保護膜、壓電晶片、吸聲材料等組成,接觸面為可更換的軟膜。用于發射垂直于探頭表面傳播的縱波,以探頭直接接觸工件表面的方式進行檢測。主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷,如經常用在棒材、板材、鍛件、鑄件等材料的檢測。

    b.接觸式斜探頭

    探頭2.png

         橫波斜探頭是通過波形轉換來實現橫波檢測的。橫波波長短,檢測靈敏度高,主要用于檢測與檢測面垂直或成一定角度的缺陷,如焊縫中的未焊透、夾渣、裂紋、未融合等缺陷。

    縱波斜探頭是利用小角度的縱波進行檢測,或者在橫波衰減過大的情況下,利用縱波穿透能力強的特點進行斜入射縱波檢測。

                斜探頭K值與角度的對應關系

    序號

    K值

    對應角度

    1

    K1

    對應45度

    2

    K1.5

    對應56.3度

    3

    K2

    對應63.4度

    4

    K2.5

    對應68.2度

    5

    K3

    對應71.6度

    2.選擇方法

    (1)探頭頻率的選擇

    a.對于小缺陷、厚度不大的工件,宜選擇較高頻率

    b.對于大厚工件、高衰減材料,應選擇較低頻率

        如對于晶粒較細的鍛件、軋制件和焊接件等,一般選用較高的頻率,常用2.5~10MHz;對于晶粒較大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率,常用0.5~2.5 MHz。

    (2)探頭帶寬的選擇

            探頭發射的超聲脈沖頻率都不是單一的,而是有一定帶寬的。

        a.寬帶探頭的脈沖寬度較小,深度分辨力好,盲區小,但由于探頭使用的阻尼較大,通常靈敏度較低.

        b.窄帶探頭則脈沖較寬,深度分辨力差,盲區大,但靈敏度較高,穿透能力強。寬帶探頭由于脈沖短,在材料內部散射噪聲較高的情況下,具有比窄帶探頭信噪比好的優點。對晶粒較大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用寬帶探頭。

    (3)探頭晶片尺寸的選擇

    a.檢測面積范圍大的工件時,為了提高檢測效率宜選用大晶片探頭

    b.檢測厚度大的工件時,為了有效地發現遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭

    c.檢測小型工件時,為了提高缺陷定位、定量精度宜選用小晶片探頭

    d.檢測表面不太平整或曲率較大的工件時,為了較少耦合損失宜選用小晶片探頭

    (4)橫波斜探頭K值的選擇

    在橫波檢測中,探頭的K值對缺陷檢出率、檢測靈敏度、聲束軸線的方向、一次聲程(入射點至底面反射點的距離)有較大的影響。

        a.當工件厚度較小時,應選用較大的K值,以便增加一次波的聲程,避免近場區檢測

        b.當工件厚度較大時,應選用較小的K值,以減少聲程過大引起的衰減,便于發現深度較大處的缺陷。

    在焊縫檢測中,K值得選擇既要考慮到可能產生缺陷與檢測面形成的角度,還要保證主聲束能掃查整個焊縫界面。為了檢測單面焊根部是否焊透,還應考慮端角反射問題,使K=0.7~1.5,因為K<0.7或K>1.5,端角反射率低,容易引起漏檢。

     

    編號

    被測工件厚度

    選擇探頭和斜率

    選擇探頭和斜率

    1

    4—5mm

    6×6 K3

     

    不銹鋼:1.25MHz

    鑄鐵:0.5—2.5 MHz

    普通鋼:5MHz

    2

    6—8mm

    8×8 K3

    3

    9—10mm

    9×9 K3

    4

    11—12mm

    9×9 K2.5

    5

    13—16 mm

    9×9 K2

    6

    17—25 mm

    13×13 K2

    7

    26—30 mm

    13×13 K2.5

    8

    31—46 mm

    13×13 K1.5

    9

    47—120 mm

    13×13( K2—K1)

    10

    121—400 mm

    18×18 ( K2—K1)

    20×20 ( K2—K1) 

                   焊縫探傷超聲波探頭的選擇方案參考

    以上探頭的選擇方式僅供參考,根據檢測人員的技術能力和檢測產品的具體情況做相應調整。


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