超聲波探傷儀的基礎(chǔ)知識

1.超聲波探傷儀探頭的選擇。

在超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收是由探頭可以實現(xiàn)的。有多種不同類型的探針。探傷前應(yīng)根據(jù)被檢物的形狀、衰減和技術(shù)發(fā)展要求我們選擇一個探頭。探頭的選擇主要包括兩個探頭設(shè)計類型、頻率、芯片工作尺寸、斜探頭K值的選擇。

1） 探頭設(shè)計類型的選擇 ??

常用的探頭設(shè)計類型有縱波直探頭、橫波斜探頭、表面波傳感器探頭、雙晶探頭、聚焦探頭等。一般可以根據(jù)不同工件的形狀和工件的位置和方向來進行選擇一個探頭的類型?？赡軐?dǎo)致出現(xiàn)的缺陷，使聲束的軸線之間盡可能通過垂直于主要缺陷。 ??

縱波探頭的光軸垂直于探測面，主要用于檢測與探測面平行的鍛件、鋼夾層、折痕等缺陷。

橫波斜探頭主要用于檢測焊縫中能與檢測面形成一定垂直角度的缺陷，如未焊透、夾渣、熔化等缺陷。

表面波探頭用于進行檢測工件表面存在缺陷，雙晶探頭用于分析檢測工件近表面質(zhì)量缺陷，聚焦探頭用于通過檢測水中的管道或板材。

2） 探頭頻率的選擇。

超聲波探傷的頻率在0.5 ~ 10 MHz之間，選擇范圍廣。通常，選擇頻率時應(yīng)考慮以下因素:

（1）由于波的衍射，超聲波探傷的靈敏度約為波長的一半。因此，增加頻率有助于檢測較小的缺陷。

（2）高頻、小脈寬、高分辨率有利于區(qū)分相鄰缺陷。

（3）頻率高波長短，半擴散角小，聲束方向性好，能量進行集中，有利于控制缺陷可以發(fā)現(xiàn)和缺陷產(chǎn)品定位。

（4）高頻、短波長和長近場區(qū)對探傷不利。

（5）隨著頻率的增加，衰減急劇增加。

從以上數(shù)據(jù)分析我們可以明顯看出，頻率對探傷的影響具有較大。頻率高，靈敏度和分辨率高，方向性好，有利于探傷；但近場區(qū)長度大，衰減大，也不利于探傷。在實際探傷中，應(yīng)充分發(fā)展分析問題考慮通過各種社會因素，合理設(shè)計選擇使用頻率。一般在保證探傷靈敏度的前提下，盡量自己選擇一個較低的頻率。??

對于晶粒細小的鍛件、軋件和焊件，一般選用較高的頻率，為2.5 ~ 5 MHz用于粗晶粒鑄件、奧氏體鋼等。，應(yīng)選擇較低的頻率，通常為0.5 ~ 2.5 MHz。頻率過高會造成嚴(yán)重衰減，屏幕上出現(xiàn)森林回波，信噪比下降，甚至無法探傷。

3）超聲波探傷探頭芯片尺寸的選擇

芯片尺寸對探傷也有一定的影響。在選擇晶圓大小時，應(yīng)考慮以下因素:

（1）芯片進行尺寸不斷增大，半擴散角減小，波束方向性變好，超聲能量主要集中，有利于提高探傷。

（2）隨著晶片尺寸的增大，近場區(qū)域的長度迅速增大，這對缺陷檢測是不利的。

（3）芯片進行尺寸大，輻射超聲能量大，探頭非擴散區(qū)掃描工作范圍大，遠距離掃描技術(shù)范圍相對較小，發(fā)現(xiàn)可以遠距離缺陷的能力不斷增強。

以上數(shù)據(jù)分析研究表明，芯片的尺寸對聲束的指向性、近場區(qū)域的長度、近距離的掃描工作范圍、遠距離的缺陷進行檢測技術(shù)能力發(fā)展都有一個較大的影響。在實際探傷中，對于探傷面積變化較大的工件，應(yīng)使用大切屑探頭，以提高探傷效率；對于大厚度工件，應(yīng)使用大切屑探針，有效調(diào)查發(fā)現(xiàn)可以遠距離缺陷；對于小工件，為了能夠提高自身缺陷產(chǎn)品定位和定量計算精度，應(yīng)使用小芯片作為探針；對于這些不平坦且曲率相對成本較低的工件，應(yīng)使用小芯片探針，以減少企業(yè)耦合系統(tǒng)損耗。

4）橫波斜頭K值的選擇

探頭的 k 值對橫波檢測的靈敏度、梁軸的方向和初始波的距離（入射點到底反射點的距離）有很大的影響.K 值高，主波聲音范圍大。因此，在實際缺陷檢測中，當(dāng)工件厚度較小時，應(yīng)選擇較大的 k 值，以增加主波聲距，避免近場探傷; 當(dāng)工件厚度較大時，應(yīng)選擇較小的 k 值，以減小聲過程引起的衰減，便于深部缺陷的檢測。當(dāng)檢測到焊縫時，不能保證主聲束能夠掃描整個焊縫區(qū)域。K = 0.7 ~ 1.5，由于 k ＜ 0.7或 k ＞ 1.5，超聲硬度計的端角反射很小，容易造成漏檢。

2. 耦合 ??

超聲耦合是指超聲波在檢測表面的聲強透射比。聲強傳輸高，超聲波耦合性好。為了提高耦合效果，在探頭和工件表面之間涂覆了一層稱為耦合劑的傳聲介質(zhì)。偶聯(lián)劑的作用是去除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳遞到工件上，達到探傷的目的偶聯(lián)劑還能減少摩擦。

影響聲耦合的主要經(jīng)濟因素有：耦合層的厚度、耦合劑的聲阻抗、工件的表面進行粗糙度和工件的表面結(jié)構(gòu)形狀。

在實際缺陷檢測中，當(dāng)用于調(diào)整缺陷檢測靈敏度的測試塊與工件表面粗糙度和曲率半徑不同時，由于測試塊的耦合損耗較大，往往會降低檢測靈敏度。工件。為了補償耦合損耗，必須增加耦合損耗。大型儀器的輸出用來補償。