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    超聲波檢測之雙晶探頭

    來源:濟寧儒佳檢測儀器有限公司   2021年02月23日 08:23  

    一個探頭殼體內(nèi)裝有兩個晶片的探頭我們稱之為雙晶探頭,又稱分割式探頭。由兩個縱波晶片組合成的雙晶探頭稱為縱波雙晶探頭,又稱雙晶直探頭;由兩個橫波晶片組成的雙晶探頭稱為橫波雙晶探頭,又稱雙晶斜探頭。

    這兩種雙晶探頭中,雙晶直探頭的應(yīng)用較為廣泛。雙晶直探頭的兩個縱波晶片一個用于發(fā)射超聲,一個用于接收超聲。發(fā)射壓電晶片大都采用發(fā)射性能好的鋯鈦酸鉛,接收壓電晶片大都采用接收性能好的硫酸鋰。(見下圖)

     

    區(qū)別于單晶探頭而言,雙晶探頭的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度都更高。雙晶探頭的兩個晶片之間有一片吸聲性強、絕緣性好的隔聲層,它不僅用于克服發(fā)射聲束與反射聲束的相互干擾和阻塞,而且能使脈沖變窄、分辨率提高、消除發(fā)射晶片和延遲塊之間的反射雜波進入接收晶片,有效減少雜波。

    由于雙晶探頭的發(fā)射部分和接收部分都帶有延遲塊,能使探傷盲區(qū)大幅減小,故雙晶探頭對表面缺陷的探傷十分有利。

    正確選擇雙晶探頭

    1、探頭頻率的選擇

    超聲的發(fā)射頻率在很大程度上決定了超聲波探傷的檢測能力。頻率高時,波長短,聲束指向性好,擴散角較小,能量集中,因而發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力則比較強、分辨力好、缺陷定位準確。但高頻率超聲在材料中衰減較大,穿透能力較差,反之亦然。由于雙晶探頭適用于較薄工件的探傷,不需要較強的穿透力。因此可以采用較高頻率的探頭。對于鍛件,板材,棒材等晶粒細小的工件,可以采用5MHz的雙晶探頭(若被檢工件表面較粗糙,高頻超聲散射較大,不易射入,則容易出現(xiàn)林狀回波)。對于晶粒粗大,超聲散射嚴重的材料,如奧斯體不銹鋼和鑄造件等,頻率高時,也會出現(xiàn)晶界引起的林狀回波,致使無法探傷,對于這一類材料,建議選用1MHz2.5MHz的低頻率雙晶探頭。

    2、晶片尺寸的選擇從以上介紹的雙晶探頭的工作原理來看,雙晶探頭探傷主要取決于雙晶探頭的聲能集中區(qū),跟晶片的大小沒有直接的關(guān)系。雙晶探頭的晶片大小,只與工件探測面積的大小有關(guān),當檢測面積大時,為了提高探傷效率,宜采用晶片尺寸較大的探頭。當檢測面積較小,或者檢測面帶有一定曲率的情況下,為了減少耦合損失宜用晶片尺寸小的探頭。

    3、焦距的選擇雙晶探頭的兩個晶片都有一定的傾斜角度。發(fā)射聲束與接收聲束必然會產(chǎn)生相交,形成棱形的區(qū)域,此區(qū)域即為探傷區(qū)域。菱形區(qū)愈長,焦距愈大,探測深度愈深,適合厚工件的探傷檢驗,菱形區(qū)愈短,焦距愈小,探測深度愈淺,適合薄工件的探傷。處于棱形區(qū)的缺陷,其反射信號強,同時對于同樣大小的缺陷,位于棱形區(qū)中心時,反射信號。因此在實際探傷過程中,要根據(jù)被檢工件的厚度選取適當?shù)慕咕唷=咕嘣叫。瑒t對薄工件的探傷越有利。一般來說,選擇雙晶探頭的焦距小于被檢工件厚度510mm左右。雙晶探頭的探傷靈敏度先隨缺陷的深度增加而增高,到達后又隨深度增加而下降田,這種探傷靈敏度的變化是雙晶探頭的特點。

     

    雙晶直探頭板材檢測

    1、探頭的選擇

    板厚≤60mm厚的鋼板可選用雙晶直探頭,探傷的目的就是掃查出缺陷在整個厚度范圍內(nèi)的位置以及在板面上的分布,根據(jù)缺陷大小,依據(jù)標準判定其合格與否。由于鋼板缺陷的富集區(qū)一般在鋼板中心部位,其次是板厚的1/4和3/4處,所以探頭的選擇和靈敏度的調(diào)整,必須考慮鋼板中心部位應(yīng)有較高的檢出能力,且其他部位不漏檢。例如檢測20mm規(guī)格鋼板,缺陷在10mm處易出現(xiàn),選擇焦距F10探頭,以20mm大平底調(diào)整靈敏度,既能保證10mm位置處較高的檢測靈敏度,又能保證3和20mm位置有基本相同的靈敏度;同樣對于10mm鋼板,選擇焦距F5探頭,以10mm大平底調(diào)整靈敏度,保證了5mm位置處較高的檢測能力,又能保證3和10mm位置的靈敏度基本相同,所以,為保證鋼板檢測質(zhì)量,理想的雙晶探頭焦距應(yīng)等于鋼板厚度的一半。

    2、掃查方式

    NB/T47013-2015規(guī)定的掃查方式見下圖

     

    1)鋼板邊緣或坡口預(yù)定線兩側(cè)(50、75、100)100%掃查; 2)中心部分間距不大于50mm平行線或間距不大于100mm的格子線掃查。

    3)雙晶直探頭掃查時,探頭的移動方向應(yīng)與探頭隔聲層相垂直。

    3、缺陷性質(zhì)估計

    分層:缺陷波形陡直,底波明顯下降或消失;

    折疊:不一定有缺陷波,但底波明顯下降,次數(shù)減少甚至消失,始波加寬;

    白點:波形密集尖銳活躍,底波明顯下降,次數(shù)減少,重復性差,移動探頭,回波此起彼伏。

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