超声探头的命名方式与如何选择

2019-06-18 13:52:59 88


    超声检测中使用的探头,是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。一般由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和外壳组成,它是组成超声检测系统最重要的组件之一,探头的性能直接影响超声检测能力和效果。

探头的种类很多,根据波形不同,可分为纵波探头、横波探头、表面波探头等。根据耦合方式分为接触式探头和液(水)浸探头。根据波束分为聚焦探头与非聚焦探头。根据晶片数量不同又分为单晶单头、双晶探头等。此外还有高温探头、微型探头等特殊用途的探头。

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我们先来了解一下探头的命名方式。知道探头上的数字和字母代表的含义,会有助于增加对探头的认识,以便准确的选择探头。 

探头型号的组成项目

探头的型号一般由数字和字母组成,其排列顺序如下: 标称频率、压电材料、晶片尺寸、种类、特征

(1)标称频率:用阿拉伯数字表示,单位为兆赫(MHz

(2)压电材料:用化学元素缩写符号表示

压电材料

代号

锆钛酸铅陶瓷

P

钛酸钡陶瓷

B

钛酸铅陶瓷

T

铌酸锂单晶

L

碘酸锂单晶

I

石英单晶

Q

其他压电材料

N

注:压电材料如不采用代号,则用标称频率数值表示


(3)晶片尺寸:用阿拉伯数字表示,单位为毫米(mm),其中:圆形晶片用直径表示;方形晶片用长×宽表示;双晶探头用圆形晶片一分为二的,用晶片分割前的直径表示;方形晶片用长×宽表示。

(4)种类:用一个或两个字母作为代号,其中直探头可不标注

种类

代号

直探头

Z

斜探头(用K值表示的)

K

斜探头(用横波折射角表示的)

X

 斜探头(用纵波折射角表示的)

XL

双晶探头

SJ

液浸探头

YJ

表面波探头

BM

可变角探头

KB


(5)特征

a.斜探头钢中折射角正切值(K值)用阿拉伯数字表示;斜探头钢中折射角用阿拉伯数字在种类后表示。

b.双晶探头钢中声束会聚区中心深度用阿拉伯数字表示,单位为毫米(mm

c.液浸式聚焦探头的水中聚焦用阿拉伯数字表示,单位为毫米(mm);液浸点聚焦探头用字母DJ作为代号;液浸线聚焦探头用字母XJ作为代号。

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在超声检测中最常使用到的探头就是接触式纵波直探头和接触式斜探头。

下面就简单介绍一下这两种超声波探头及选择方法。

1.探头

a.接触式纵波直探头

    直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成,接触面为可更换的软膜。用于发射垂直于探头表面传播的纵波,以探头直接接触工件表面的方式进行检测。主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷,如经常用在棒材、板材、锻件、铸件等材料的检测。

b.接触式斜探头

     横波斜探头是通过波形转换来实现横波检测的。横波波长短,检测灵敏度高,主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷,如焊缝中的未焊透、夹渣、裂纹、未融合等缺陷。

纵波斜探头是利用小角度的纵波进行检测,或者在横波衰减过大的情况下,利用纵波穿透能力强的特点进行斜入射纵波检测。


            斜探头K值与角度的对应关系

序号

K值

对应角度

1

K1

对应45度

2

K1.5

对应56.3度

3

K2

对应63.4度

4

K2.5

对应68.2度

5

K3

对应71.6度

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2.选择方法

(1)探头频率的选择

a.对于小缺陷、厚度不大的工件,宜选择较高频率

b.对于大厚工件、高衰减材料,应选择较低频率

    如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,常用2.5~10MHz;对于晶粒较大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率,常用0.5~2.5 MHz。

(2)探头带宽的选

        探头发射的超声脉冲频率都不是单一的,而是有一定带宽的。

    a.宽带探头的脉冲宽度较小,深度分辨力好,盲区小,但由于探头使用的阻尼较大,通常灵敏度较低.

    b.窄带探头则脉冲较宽,深度分辨力差,盲区大,但灵敏度较高,穿透能力强。宽带探头由于脉冲短,在材料内部散射噪声较高的情况下,具有比窄带探头信噪比好的优点。对晶粒较大的铸件、奥氏体钢等宜选用宽带探头。

(3)探头晶片尺寸的选择

a.检测面积范围大的工件时,为了提高检测效率宜选用大晶片探头

b.检测厚度大的工件时,为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头

c.检测小型工件时,为了提高缺陷定位、定量精度宜选用小晶片探头

d.检测表面不太平整或曲率较大的工件时,为了较少耦合损失宜选用小晶片探头

(4)横波斜探头K值的选择

在横波检测中,探头的K值对缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线的方向、一次声程(入射点至底面反射点的距离)有较大的影响。

    a.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,避免近场区检测

    b.当工件厚度较大时,应选用较小的K值,以减少声程过大引起的衰减,便于发现深度较大处的缺陷。

在焊缝检测中,K值得选择既要考虑到可能产生缺陷与检测面形成的角度,还要保证主声束能扫查整个焊缝界面。为了检测单面焊根部是否焊透,还应考虑端角反射问题,使K=0.7~1.5,因为K<0.7或k>1.5,端角反射率低,容易引起漏检。

               焊缝探伤超声波探头的选择方案参考



以上探头的选择方式仅供参考,根据检测人员的技术能力和检测产品的具体情况做相应调整。

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