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超聲波探傷中怎么選擇超聲波探傷儀探頭?

2021-07-27 17:39:15 admin 263

       超聲檢測中,超聲波的發射和接收都是通過探頭來實現的。探頭的種類很多,結構型式也不一樣。檢測前應根據被檢對象的形狀、聲學特點和技術要求來選擇探頭。探頭的選擇包括探頭的型式、頻率、帶寬、晶片尺寸和橫波斜探頭K值的選擇等。

1.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、縱波斜探頭、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檢測面,主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷,如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。

       橫波斜探頭是通過波型轉換來實現橫波檢測的。橫波波長短,檢測靈敏度高,主要用于檢測與檢測面垂直或成一定角度的缺陷,如焊縫中的未焊透、夾渣、裂紋、未熔合等缺陷。

       縱波斜探頭主要是利用小角度的縱波進行檢測,或在橫波衰減過大的情況下,利用縱波穿透能力強的特點進行斜人射縱波檢測。此時工件中既有縱波也有橫波,使用時需注意橫波千擾,可利用縱波和橫波的速度不同加以識別。

       雙晶探頭用于檢測薄壁工件或近表面缺陷。

       水浸聚焦探頭可用于檢測管材或板材;接觸聚焦探頭可有效提高信噪比,但檢測范圍較小,可用于已發現缺陷的精確定量等目的。

2.探頭頻率的選擇

超聲波檢測頻率一般在0.5~10 MHz之間,選擇范圍大。在選擇頻率時應明確以下幾點:

(1)由于波的繞射,使超聲波檢測靈敏度約為會,因此提高頻率,有利于發現更小的缺陷。

(2)頻率越高,脈沖寬度越小,分辨力也就越高,有利于區分相鄰缺陷且缺陷定位精度高。

(3)由θ0=arcsin 1.22λ/D可知,頻率高,波長越短,半擴散角就越小,聲束指向性也就越好,能量集中,發現小缺陷的能力也就越強,但是相對的檢測區域也就越小,僅能發現聲束軸線附近的缺陷。

(4)由N=D2/4λ可知,頻率高,近場區長度越大,對檢測不利。

(5)由a3=c2Fd3f4可知,頻率越高,衰減越大。對于金屬材料,若頻率過高或晶粒粗大時,衰減很顯著,此時由于晶界的散射還會出現草狀回波,信噪比下降,從而導致缺陷檢出困難。

(6)對于面積狀缺陷,如果頻率太高則會形成顯著的反射指向性,如果超聲波不是近于垂直入射到面狀缺陷表面上,在檢測方向可能不會產生足夠大的回波,檢出率將會降低。

由以上分析可知,頻率的高低對檢測有較大的影響。實際檢測中要全面分析考慮各方面的因素,合理選擇頻率以取得最佳平衡。

       一般而言,頻率的選擇可這樣考慮:對于小缺陷、厚度不大的工件,宜選擇較高頻率;對于大厚度工件、高衰減材料,應選擇較低頻率。如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2.5~10.0 MHz。對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率,常用0.5~2.5 MHz。

3、探頭帶寬的選擇

       探頭發射的超聲脈沖頻率都不是單一的,而是有一定帶寬的。寬帶探頭對應的脈沖寬度較小,深度分辨力好,盲區小,但由于探頭使用的阻尼較大,通常靈敏度較低;窄帶探頭則脈沖較寬,深度分辨力變差,盲區大,但靈敏度較高,穿透能力強。

研究表明,寬帶探頭由于脈沖短,在材料內部散射噪聲較高的情況下,具有比窄帶探頭信噪比好的優點。如對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用寬帶探頭。

4.探頭晶片尺寸的選擇

       探頭晶片面積一般不大于500 mm2,圓晶片直徑一般不大于φ25 mm,晶片大小對檢測也有一定的影響,選擇晶片尺寸時要考慮以下因素。

(1)由θ0=arcsin 1.22λ/D,可知,晶片尺寸越大,半擴散角將越小,波束指向性將越好,超聲波能量就會越集中,這對聲束軸線附近的缺陷檢出十分有利。

(2)由N=D24λ可知,隨著晶片尺寸的增大,近場區長度也將迅速增大,這對檢測不利。

(3)晶片尺寸越大,輻射的超聲波能量也就越大,探頭未擴散區掃奮范圍也將變大,而遠距離掃查范圍相對就會變小,發現遠距離缺陷的能力就會增強。

以上分析說明晶片大小對聲束指向性,近場區長度、沂陽就掃態節圍和遠距離缺陷檢出能力有較大影響。實際檢測中,檢測面積范圍大的工件時,為了有效的發現遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭。檢測厚度大的工件時,為了有效地發現遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭。檢測小型工件時,為了提高缺陷定位、定量精度宜選用小晶片探頭。檢測表面不太平整或曲率較大的工件時,為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。

5.橫波斜探頭K值的選擇

在橫波檢測中,探頭的K值對缺陷檢出率、檢測靈敏度、聲束軸線的方向,一次波的聲程(入射點至底面反射點的距離)有較大的影響。由K=tanβs可知,K越值大,βs也越大,一次波的聲程也就越大。

因此在實際檢測中,當工件厚度較小時,應選用較大的K值,以便增加一次波的聲程,避免近場區檢測。當工件厚度較大時,應選用較小的K值,以減少聲程過大引起的衰減,便于發現深度較大處的缺陷。

在焊縫檢測中,K值的選擇既要考慮到可能產生的缺陷與檢測面形成的角度,還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。為了檢測單面焊根部是否焊透,還應考慮端角反射問題,使K=0.7~1.5,因為K<0.7或K>1.5,端角反射率很低,容易引起漏檢。


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