如何在超声探测中选择正确的超声探头?

    超声波探伤中,超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多,结构型式也不一样。探伤前应根据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头。探头的选择包括探头型式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。

超声探头的种类

    1.探头型式的选择常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式,使声束轴线尽量与缺陷垂直。纵波直探头只能发射和接收纵波,束轴线垂直于探测面,主要用于探测与探测面平行的缺陷,如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。横波斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。主要用于探测与深测面垂直或成一定角的缺陷。如焊缝生中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。表面波探头用于探测工件表面缺陷,双晶探头用于探测工件近表面缺陷。聚焦探头用于水浸探测管材或板材。


    2.探头频率的选择超声波探伤频率在O.5~10MHz之间,选择范围大。一般选择频率时应考虑以下因索。(1)由于波的绕射,使超声波探伤灵敏度约为,因此提高频率,有利于发现更小的缺陷。(2)频率高,脉冲宽度小,分辨力高,有利于区分相邻缺陷。(3)可知,频率高,波长短,则半扩散角小,声束指向性好,能量集中,有利于发现缺陷并对缺陷定位。(4)可知,频率高,波长短,近场区长度大,对探伤不利。(5)可知,频率增加,衰减急剧增加。由以上分析可知,频率的离低对探伤有较大的影响。频率高,灵敏度和分辨力高,指向性好,对探伤有利。但频率高,近场区长度大,衰减大,又对探伤不利。实际探伤中要全面分析考虑各方面的因索,合理选择频率。一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选用较低的频率。对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等,一般选用较高的频率,长用2.5~5.0MHz。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率,常用O.5~2.5MHz。如果频率过高,就会引起严重衰减,示波屏上出现林状回波,信噪比下降,甚至无法探伤。


    3.探头晶片尺寸的选择中科朴道超声波探伤仪探头圆晶片尺寸一般为φ10~φ30mm,晶片大小对探伤也有一定的影响,选择晶片尺寸时要考虑以下因素。(l)可知,晶片尺寸增加,半扩散角减少,波束指向性变好,超声波能量集中,对探伤有利。(2)由N=等可知,晶片尺寸增加,近场区长度迅速增加,对探伤不利。(3)晶片尺寸大,辐射的超声波能量大,探头未扩散区扫查范围大,远距离扫查范围相对变小,发现远距离缺陷能力增强。以上分析说明晶片大小对声柬指向性,近场区长度、近距离扫查范围和远距离缺陷检出能力有较大的影响。实际探伤中,探伤面积范围大的工件时,为了提高探伤效率宜选用大晶片探头。探伤厚度大的工件时,为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。探伤小型工件时,为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。探伤表面不太平整,曲率较大的工件时,为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。


    4.横渡斜探头K值的选择在横波探伤中,探头的K值对探伤灵敏度、声束轴线的方向,一次波的声程(入射点至底面反射点的距离)有较大的影响。由图l.39可知,对于用有机玻璃斜探头探伤钢制工传,βs=40°(K=O.84)左右时,声压往复透射率最高,即探伤灵敏度最高。由K=tgβs可知,K值大,βs大,一次波的声程大。因此在实际探伤中,当工件厚度较小时,应选用较大的K值,以便增加一次波的声程,避免近场区探伤。当工件厚度较大时,应选用较小的K值。


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