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超聲波探傷中探頭的選用原則:探頭的尺寸、頻率與材料
發(fā)布時間:2025-02-17 15:38:02  點擊:

       超聲波探頭的類型很多,性能各異,因此根據(jù)超聲波探傷對象的形狀、對超聲波的衰減和技術(shù)要求,合理選用探頭是保證探傷結(jié)果正確可靠的基礎(chǔ)。對超聲波探頭的選擇主要體現(xiàn)在:探頭型式、探頭頻率、探頭晶片尺寸和探頭角度等。 


 3.1 探頭型式 


一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的形式,盡量使超聲波聲束軸線與缺陷垂直。具體可參考上述常見典型探頭作用部分。 


 3.2 探頭頻率 

超聲波探傷頻率在0.5一15MHz之間,選擇范圍較大。一般選擇頻率時應(yīng)考慮以下幾個因素。 


1)由于超聲波的繞射,使超聲波探傷靈敏度約為二分之一波長。在同一材料內(nèi)超聲波波速是一定的,因此提高頻率,超聲波波長變短,探傷靈敏度提高,有利于發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。 


2)頻率高,脈沖寬度小,分辨率高,有利于區(qū)分相鄰缺陷,分辨力提高。


3)由擴散公式可知,頻率高,超聲波長短,則半擴散角小,聲束指向性好,超聲波能量集中,有利于發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位,定量精度高。 


4)由近場區(qū)長度公式可知,頻率高,超聲波長短,近場區(qū)長度大,對探傷不利。 


5)由衰減、吸收公式可知,超聲波的衰減隨超聲波頻率、介質(zhì)晶粒度增加而急劇增加。 


通過上面分析可知超聲波探傷時頻率的影響較大,頻率高,探傷靈敏度和分辨率高,波束指向性好,對探傷有利。但是頻率高,近場區(qū)長,介質(zhì)衰減大,對探傷不利,所以在選擇探頭頻率時,應(yīng)綜合考慮,全面分析各方面因素,合理選取。


一般說來,在滿足探傷靈敏度要求的前提下,盡可能選取頻率較低的探頭;對于晶粒較細的鍛件、軋制件和焊接件等,一般選用較高頻率的探頭,常用2.5—5.0MHz。對于晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等工件,宜選用軟低頻率的探頭,常用0.5~2.5MHz,否則若選用頻率過高,就會引起超聲波能量嚴重衰減。 


 3.3 探頭晶片尺寸 


探頭晶片的形狀一般為圓形和方形。探頭的晶片尺寸對超聲波探傷結(jié)果有一定影響,選擇時主要考慮以下因素:


1)半擴散角。由擴散角公式可知,晶片尺寸增加,半擴散角減小,波束指向性好,超聲波能量集中,對探傷有利。 


2)探傷近場區(qū)。由近場區(qū)長度公式可知,晶片尺寸增加,近場區(qū)長度增大,對探傷不利。 


3)晶片尺寸大,輻射的超聲波能量強,探頭未擴散區(qū)掃查范圍大,發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷能力增強。 


在探傷面積范圍大的工件時,為提高探傷效率,宜選用大晶片探頭;探傷厚度大的工件時,為了有效地發(fā)現(xiàn)遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭;對小型工件,為了提高缺陷的定位定量精度,宜選用小晶片探頭;對表面不太平整、曲率較大的工工件,為了減少耦合損失,宜選用小晶片探頭。 


 3.4角度 


在檢測中應(yīng)盡量使超聲波聲束軸線與缺陷垂直,因此角度的選擇根據(jù)檢測對象中可能存在的缺陷類型、位置和工件允許的探傷條件,利用反射、折射定律以及相關(guān)幾何知識,選擇合適角度的探頭。


以在橫波檢測中,探頭的K值為例,折射角對檢測靈敏度、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)有較大影響。對于用有機玻璃斜探頭檢測鋼制工件,β=40°(K=0.84)左右時,聲壓往復(fù)透射率最高,即檢測靈敏度最高。


由此可知,K值大,β值大,一次波的聲程大。因此在實際檢測中,當工件厚度較小時,應(yīng)選用較大的K值,以便增加一次波的聲程,避免近場區(qū)檢測。當工件厚度較大時,應(yīng)選用較小的K值,以減少聲程過大引起的衰減,便于發(fā)現(xiàn)深度較大處的缺陷。



在焊縫檢測中,還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。對于單面焊根部未焊透,還要考慮端角反射問題,應(yīng)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。 

 

    文章由超聲波自動探傷設(shè)備(http://www.refeel.cn/)山科飛泰整理發(fā)布。


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