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超声检测——该如何选择探头?

发布时间:2020-02-14 08:17:41 浏览次数:210
超声检测是我们在无损探伤工作中常用的无损检测方式,而超声检测中超声波的发射和接收都是通过超声换能器也就是我们常说的超声探头实现的。探头种类繁多,结构型式也各有不同,实际检测中我们需要根据被检对象的形状、材料、技术要求和缺陷可能出现的位置来选择合适的探头。探头的选择包括探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头K值等。
超声波探头的主要作用有以下几点:
1、发射超声波并将返回来的声波转换成电脉冲;
2、控制超声波的传播方向和能量集中的程度,当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时,可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性,提高分辨率;
3、实现波形转换;
4、控制工作频率,适用于不同的工作条件。
常见的探头类型
1、超声波探伤仪直探头
进行垂直探伤用的单晶片探头,主要用于纵波探伤,检测与检测面平行或近似平行的缺陷(如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷)。直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成,接触面为可更换的软膜,用于检测表面粗糙的工件。
2、超声波探伤仪斜探头
进行斜射探伤用的探头,主要用于横波探伤,检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷(如焊缝中未焊透、裂纹、未熔合等缺陷)。斜探头由斜块、压电晶片、吸声材料、外壳、插座等组成,斜探头的声束与探头表面倾斜,因此可用于检测直声束无法到达的部位。
当需要进行小角度的纵波进行检测或在横波衰减过大的情况下可以使用纵波斜探头进行检测,利用纵波穿透能力强的特点进行斜入射纵波检测。注意此时此时工件中既有纵波也有横波的存在,需要避免横波反射所带来的干扰,可利用纵波和横波波速不同加以识别。
3、超声波探伤仪小径管探头
单晶微型横波斜探头,用于小直径薄壁管焊接接头的检验。检测标准参照电力行业标准DL/T8202002《管道焊接接头超声波检验技术规程》,适合检测管径≥32mm、≤159mm,壁厚≥4mm、<14mm的小直径薄壁管;也可适用于其他行业类似管道的检测。探头外形尺寸小,前沿距离≤5mm,始脉冲占宽≤1.5mm(相当于钢中深度),分辨力大于等于20dB。根据被检测管道外径的不同,检测面被加工成对应管径的弧度。
4、超声波探伤仪表面波探头 用于发射和接收表面波的探头。表面波是沿工件表面传播的波,幅值随表面下的深度迅速减少,传播速度是横波的0.9倍,质点的振动轨迹为椭圆。表面波探头在被检工件的表面和近表面产生表面波。型号中通常会列明有机玻璃斜块的倾斜角(入射角)。
5、超声波探伤仪可拆式斜探头
斜探头的一种特殊类型,将斜探头分成斜块、探头芯两个部分,使用时将两者组合起来。常用的规格2.5P20的探头芯、不同K值的斜块(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0等等)。接受定制其他规格的可拆式斜探头。
6、超声波非金属检测用探头
用于检测非金属材料,如混凝土、木材、岩石等。成对使用,一发一收,工作方式为透射式。铝合金外壳,频率从12.5KHz到250KHz,连接到探头线的插座为Q9。
7、超声波探伤仪双晶探头
装有两个晶片的探头,一个作为发射器,另一个作为接收器。又称分割式探头、或者联合双探头。双晶探头主要由插座、外壳、隔声层、发射晶片、接收晶片、延迟块等组成,使用垂直的纵波声束扫查工件。相对直探头而言,双晶直探头具有更好的近表面缺陷检出能力;对于粗糙或者弯曲的检测面,具有更好的耦合效果,但是双晶探头检测深度并不高,所以针对检测要求较厚的工件,还需增加其他检测方式。
8、超声波水浸式探头
水浸式探头用于半自动或者自动化探伤系统中。当探头发射的声束轴线垂直于检测面时,纵波直声束扫查工件;调节探头声束轴线与检测面成一定的夹角,声束在水和工件这两种介质的界面折射,可在工件中产生倾斜的横波声束来扫查工件。将探头晶片前面的有机玻璃或者固化的环氧树脂加工成一定弧度(球面或者圆柱面),可得到点聚焦或者线聚焦的水浸式探头。
接触式探头在检测曲面的工件时,为了减少耦合损失,需对探头进行打磨,从而增大接触面积让探头更加贴合工件。
探头频率的选择
超声探头频率的选择对检测结果影响也非常大,当前常用的超声波探头频率在0.5-10MHz。较高的检测频率有利于发现更小的缺陷,提高缺陷的分辨力同时声束指向性更好,但高的检测频率会增加近场区长度,增强声波的衰减。一般而言,探头频率的选择可以这样考虑:对于小缺陷、晶粒较细、厚度不大的工件,宜选择较高频率;对于大厚度工件、晶粒粗大、高衰减材料,选择较低频率。
可变角超声斜探头
探头晶片尺寸的选择
探头晶片的大小对声束指向性,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影响。晶片尺寸越大,探头的半扩散角越小声束指向性越好,未扩散区的扫查范围越大,超声波能力越集中,但近场区长度会增大,远距离扫查范围相对也会变小。
下面给出焊缝探伤常用的超声波斜探头的选择方案参考:

编号

被测工件厚度

选择探头和斜率

1

4—5mm

5M6×6 K3

2

6—8mm

5M 8×8 K3

3

9—10mm

5M 9×9 K3

4

11—12mm

5M 9×9 K2.5

5

13—16 mm

5M 9×9 K2

5M 10×10 K2

6

17—25 mm

5M 10×10 K2

2.5M 13×13 K2

7

26—30 mm

2.5M 13×13 K2

8

31—46 mm

2.5M 13×13 K1.5

9

47—120 mm

13×13( K2—K1)

10

121—400 mm

18×18 ( K2—K1)

20×20 ( K2—K1)

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