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    超聲波探頭的選擇及其工作原理
      發布日期:2013-7-29 8:27:37   點擊次數:1387 錄入:無損探傷|長沙宏特電子科技有限公司
    超聲波探傷中,探頭的種類很多,結構型式也不一樣。超聲波探傷儀實施探傷工作時,超聲波探頭從以下三個方面中選擇。

      第一、探頭晶片尺寸的選擇

      晶片尺寸對探傷也有一定的影響,選擇晶片尺寸進要考慮以下因素:

      1、晶片尺寸增加,半擴散角減少,波束指向性變好,超聲波能量集中,對探傷有利。

      2、晶片尺寸增加,近場區長度迅速增加,對探傷不利。

      3、晶片尺寸大,輻射的超聲波能量大,探頭未擴散區掃查范圍大,遠距離掃查范圍相對變小,發現遠距離缺陷能力增強。

      以上分析說明晶片大小對聲束指向性、近場區長度、近距離掃查范圍和遠距離缺陷檢出能力有較大的影響。實際探傷中,探傷面積范圍大的工件時,為了提高探傷效率宜選用大晶片探頭;探傷厚度大的工件時,為了有效地發現遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭;探傷小型工件時,為了提高缺陷定位定量精度宜選用小晶片探頭;探傷表面不太平整,曲率較低較大的工件時,為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。

      第二、探頭頻率的選擇

      超聲波探傷頻率0.5~10MHz之間,選擇范圍大。一般選擇頻率時應考慮以下因素:

      1、由于波的繞射,使超聲波探傷儀 靈敏度約為波長的一半,因此提高頻率,有利于發現更小的缺陷。

      2、頻率高,脈沖寬度小,分辨力高,有利于區分相鄰缺陷。

      3、頻率高,波長短,則半擴散角小,聲束指向性好,能量集中,有利于發現缺陷并對缺陷定位。

      4、頻率高,波長短,近場區長度大,對探傷不利。

      5、頻率增加,衰減急劇增加。

      第三、探頭型式的選擇

      常用的探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭、表面波探頭、雙晶探頭,聚焦探頭等。一般根據工件的形狀和可能出現缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的型式,使聲束軸線盡量與缺陷垂直。

      縱波直探頭波束軸線垂直于探測面,主要用于探測與探測面平行的缺陷,如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。

      橫波斜探頭主要用于探測與探測面垂直可成一定角度的缺陷,如焊縫中未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。

      表面波探頭用于探測工件表面缺陷,雙晶探頭用于探測工件近表面缺陷,聚焦探頭用于水浸探測管材或板材。

      由以上分析可知,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2.5~5MHz;對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率,常用0.5~2.5MHz。如果頻率過高,就會引起嚴重衰減,屏幕上出現林狀回波,信噪比下降,甚至無法探傷。

      頻率的高低對探傷有較大的影響,頻率高,靈敏度和分辨力高,指向性好,對探傷有利;但近場區長度大,衰減大,又對探傷不利。實際探傷中要全面分析考慮各方面的因素,合理選擇頻率。一般在保證探傷靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。

      超聲波探頭工作原理

      超聲波探頭中的壓電晶片具有壓電效應,當高頻電脈沖激勵壓電晶片時,發生逆壓電效應,將電能轉換為聲能(機械能),探頭發射超聲波。當探頭接收超聲波時,發生正壓電效應,將聲能轉換為電能。不難看出超聲波探頭在工作時實現了電能和聲能的相互轉換,因此常把探頭叫做換能器。

      某些晶體材料在交變拉壓應作用下,產生交變電場的效應稱為正壓電效應。反之當晶體材料在交變電場作用下,產生伸縮變形的效應稱為逆壓電效應。正、逆壓電效應統稱為壓電效應。

     

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