探头的选择?

作者: 采声
发布于: 2023-05-17 14:54

       超声检测中,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,结构形式也不一样。检测前应根据被检对象的形状、超声波的衰减、技术要求等来选择探头。探头选择包括探头型式、频率、晶片尺寸和斜探头K值(或折射角)的选择等。

       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。

       一般根据工件形状和可能出现的缺陷的部位、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,波束轴线垂直于探侧面,主要用于检测与检测面平行的缺陷,如钢板中的夹层、折叠等缺陷。

       横波斜探头是通过波型转换来实现横波检测的,主要用于检测与监测面垂直或成一定角度的缺陷,如焊接接头中的未焊透、未熔合、裂纹等缺陷。

       表面波探头用于检测工件表面缺陷,双晶探头用于检测工件近表面缺陷。聚焦探头用于水浸检测管材或板材等。
       探头频率选择
       超声检测频率在0.5MHz~10MHz之间,选择范围大。一般选择频率时应考虑以下因素。
       1.由于波的绕射,使超声检测极限灵敏度约为λ/2,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.由0O=arcsin(1.22λ/D)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.由N=4-D²/4λ可知,频率高,波长短,近场区长度大,对检测不利。
       5.由as=C?Fd³可知,频率增加,衰减急剧增加。
       由以上分析可知,频率的高低对检测有很大影响。频率高,灵敏度和分辨率高,指向性好,对检测有利。但频率高,近场区长度大,衰减大,又对检测不利。实际检测中要全面分析考虑各方面的因素,合理选择频率。一般在保证检测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,常用2.5MHz~5.0MHz。对晶粒粗大铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率,常用0.5MHz~2.5MHz。如果频率过高,就会引起严重衰减,显示屏上出现林状回波,信噪比下降,甚至无法检测。
       探头晶片尺寸选择
       对于圆形晶片,尺寸一般为Φ10mm~Ф30mm,晶片大小对检测存在一定影响,选择晶片尺寸时要考虑以下因素。
       1.由0O=arcsin(1.22λ/D)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,对检测有利。
       2.由N=D²/4λ可知,晶片尺寸增加,近场区长度迅速增加,对检测不利。
       3.晶片尺寸大,辐射的超声波能量大,发现远距离缺陷能力增强,探头未扩散区范围大,远距离扫查范围相对变小。
       以上分析说明晶片大小对声束指向性、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。实际检测中,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。检测厚度大的工件时,为了有效的发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。检测小型工件时,为了测小型工件时,为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。检测表面不太平整、曲率较大的工件时,为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。 
       横波斜探头K值(或折射角)选择
       在横波检测中,探头的K值(或折射角)对检测灵敏度、声束轴线的方向,一次波的声程(人射点至底面反射点的距离)有较大影响。对于用有机玻璃斜探头检测钢制工件,β=40°(K=0.84)左右时,声压往复透射率最高,即检测灵敏度最高。由 K=tanβs可知,K值大,βs大,一次波的声程大。因此在实际检测中,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,避免近场区检测。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。在焊接接头检测中,还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于单面焊根部未焊透,还要考虑端角反射问题,应使K=0.7~1.5,因为K<0.7或K>1.5,端角反射率很低,容易引起漏检。

 

 

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