超声波探头知识--斜探头2
如何选择超声波探伤仪探头
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。型号中列明的角度为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。
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。直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成，头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。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、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
如何选择超声波探伤仪探头？下面给出最常用的超声波斜探头的选择方案参考：
1.斜探头K值与角度的对应关系
NO.
K值
对应角度
1
K1
对应45度
2
K1.5
对应56.3度
3
K2
对应63.4度
4
K2.5
对应68.2度
5
K3
对应71.6度
2.焊缝探伤超声波探头的选择方案参考
编号
被测工件厚度
选择探头和斜率
选择探头和斜率
14—5mm6×来自K3不锈钢：1.25MHz
铸铁：0.5—2.5MHz
普通钢：5MHz
2
6—8mm
利用超声斜探头探测试样中缺陷 d 的位置的方法
利用超声斜探头探测试样中缺陷 d 的位置的方法
超声探测技术是一种无损检测方法，可以非常准确地检测出材料中的缺陷位置和大小，超声斜探头则是一种用于检测斜向缺陷的探头。
利用超声斜探头探测测试样中缺陷位置的方法主要有以下三步：
第一步，选择合适的斜探头。
根据被测材料的类型和缺陷的位置、大小等因素，选择具有适当倾角和频率的斜探头。
第二步，将斜探头安装在探头支架上，使其与被测材料的表面成一定的角度，然后加入超声波发射和接收装置。
第三步，进行探测。
在探测过程中，将探头从被测材料的一侧开始斜向地挪动，同时发射超声波，当波遇到缺陷时，一部分能量将被反射回探头，通过接收器进行接收和分析。
通过分析反射信号的振幅和时间差等参数，可以确定缺陷位置的深度和尺寸。
需要注意的是，在进行超声探测时，要对缺陷的位置和特性有一定的了解，选择合适的探头和波长，控制超声波的穿透深度和角度，以确保获得准确的检测结果。
总的来说，利用超声斜探头探测测试样中缺陷位置的方法可以非常准确地检测出材料中的缺陷，同时也可以为材料的检测和处理提供重要的参考。
超声波探伤仪斜探头横波零点自动校准操作指导书
设备（工艺装备）操作指导书
操 一、 设备（工艺装备）主要参数
《HS610e 使用说明书》
设备（工艺装备）名称
超声波探伤仪
设备型号 （工艺装备代号）
HS610e
作
说
明
图一 显示屏
图片/草图
单击选择、
图四
GB\T11345-1989
二、操作步骤
超声波探伤仪斜探头横波零点自动校准操作指导书
1、仪器各主要部件名称，如图一。 2、零点自动校准操作规程。 3、将探头与仪器连接好，将探头放置在 CSK-IA 试块上。 （如图二、三） 4、按住旋钮 2S～3S 后选定旋钮功能，旋转旋钮到“参数”栏确定，继续旋钮将光标移到探头类型， 单击旋钮在直探头与斜探头间选择斜探头。转动旋钮到“退出”单击返回探伤界面。 （如图一、四、五） 5、继续旋转旋钮到到“自动调校”单击进入自动校准功能。依次停好材料的声速 3240m/s、超始距 离：50mm、终止距离：100mm 参数并分别按“确认”键。 （如图八）
图七
三、操作注意事项
注意校准试块滑落砸伤。
记录前沿值 接收探头线 插 座 打印机及通讯 插座
四、健康安全环保规范正确ຫໍສະໝຸດ 戴劳保用品：安全帽、工作服、劳保鞋。
图八
设 审 批 标 记 处 数 更改文件号 签 字 日 期
计（日期） 核（日期） 准（日期） 共 页 第 页
图三
依次填好声速、起始距 离、终止距离
图二
数码飞梭旋钮 对应的选择确认键
图六
6、将斜头探头放置在 CSK-IA 试块的 R50mm 和 R100mm 的圆心处，来回移动探头，直到两面回波同 时出现在波形显示区内，按下波峰记忆寻找最高波。 （如图五） 7、按“自动调校”后设备开始自动校准，校准完后会滚动出一个“自动校准完毕！ ”的提示信息， 如果校准不成功请解决问题后按上面的步骤再校一次。 （如图六） 8、 测量前沿值， 用手固定探头不动， 用钢尺测量出探头前端到 CSK-IA 试块 R100mm 端边距离 X， 100-X 就是探头的前沿值，并在参数栏里填好前沿值。 （如图七）
超声波探伤的通用方法和基础技术——(第二节超声波探伤的基本方法)
第三章超声波探伤的通用方法和基础技术第二节超声波探伤的基本方法一、超声波探伤的缺陷定位原理脉冲反射法超声波探伤中对缺陷位置的确定，通常以探头所在的探测面作为测量基准。
由于示波管水平刻度线经时间轴比例适当调整后，它就能指示相应的距离，所以时间轴比例的调整(即探测范围调整)是缺陷定位中的重要环节。
1. 直探头纵波探伤直探头纵波探伤时，探测范围的调整可借助标准试块或对比试块进行，也可直接利用工件大平底面。
调节时应同时校正零位，使声程原点与水平刻度零位相互一致，按照需要调整的探测范围选择适当厚度的试块，以便得到两个以上的底面回波。
这是因为发射脉冲前沿位置与声程原点不一定一致，用一次底面反射(一个基准回波)不能正确调整探测范围和校正零位的缘故。
例如，调整钢中200mm的探测范围时，可用IIW试块厚度100mm作探测基准，调节深度粗调与细调，以及水平旋钮，使测距为100mm的一次底波B1和二次底波B2分别位于水平刻度的5格和10格处(见图3–16所示)，此时，时间轴水平刻度每格代表钢中声程20mm。
图3–16 直探头纵波探伤时探测范围调整2. 斜探头横波探伤斜探头横波探伤的定位方法不像直探头纵波探伤那样只用单一的声程定位，而有声程定位、水平定位和深度定位之分。
同时，为使定位计算方便，通常将斜探头入射点作为声程原点，并经零位校正后，声程原点与时间轴零位相一致。
这样，有机玻璃中一段纵波声程移在零位左边，零位右边的时间轴刻度直接表示了工件中反射体的声程、水平距或深度距离，读数方便。
图3–17为用斜探头横波进行焊缝探伤的示例。
图3–17 焊缝中缺陷的定位方法由图可知，所谓声程定位，即示波屏上显示的缺陷波前沿所对应的时间轴刻度，表示了缺陷距入射点的斜声程W ；水平定位则表示缺陷距入射点的水平距离x ；深度定位则表示缺陷距探测面的深度y 。
虽然它们确定缺陷位置的方法有所区别，但实际上经过简单的三角关系计算，可以很方便地进行相互换算。
超声探头简介
超声探头句光宇1、超声波传感器工作的原理1)压电效应某些晶体材料受到外力作用时，不仅发生变形，而且内部被极化表面产生电荷；当外力去掉后，又回到原来状态，这种现象称为压电效应。
在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微弱。
随着对材料的深入研究, 发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
●正压电效应：⏹一些晶体结构的材料，当沿着一定方向受到外力作用时，内部产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；⏹而当外力去掉后，又恢复不带电的状态；⏹当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；⏹晶体受作用力产生的电荷量与外力的大小成正比，这种机械能转换为电能的现象称为正压电效应。
●逆压电效应：⏹如果给晶体施加以交变电场，晶体本身则产生机械变形，这种现象称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。
⏹压电效应具有可逆性。
2)石英与压电陶瓷的压电效应机理压电式超声波传感器（超声波探头）是利用压电元件的逆压电效应，将高频交变电场转换成高频机械振动而产生超声波（发射探头）；再利用正压电效应将超声振动波转换成电信号（接收探头)。
发射探头和接收探头结构基本相同，有时可用一个探头完成两种任务。
●石英晶体的压电效应X 轴：电轴或1轴； Y 轴：机械轴或2轴； Z 轴：光轴或3轴。
◆ “纵向压电效应”：沿电轴（X 轴）方向的力作用下产生电荷◆ “横向压电效应”：沿机械轴（Y 轴）方向的力作用下产生电荷◆ 在光轴（Z 轴）方向时则不产生压电效应。
⏹ 当沿x 轴方向加作用力Fx 时，则在与x 轴垂直的平面上产生电荷x x F d Q ∙=11 d 11——压电系数（C/N ） ⏹ 作用力是沿着y 轴方向电荷仍在与x 轴垂直的平面 y y x F ba d Fb a d Q 1112-== （1112d d -=） ⏹ 切片上电荷的符号与受力方向的关系图（a ）是在X 轴方向受压力，图（b ）是在X 轴方向受拉力，图（c ）是在Y 轴方向受压力，图（d ）是在Y 轴方向受拉力。
焊接质量检测超声波检测
焊接质量检测-超声波检测01超声波检测设备一、超声波探头的种类1．直探头（纵波探头）声束垂直于被探工件表面入射的探头称为直探头。
它可发射和接收纵波，故又称为纵波探头。
直探头结构2．斜探头（横波探头）利用透声斜楔块使声束倾斜于工件表面射入工件的探头称为斜探头。
斜探头结构3．A型脉冲反射式超声波检测仪的工作原理A型脉冲反射式超声波检测仪原理4. 耦合剂在探头与工件表面之间施加的一层透声介质称为耦合剂。
02超声波检测方法一、直探头检测法直探头检测法是采用直探头将声束垂直入射工件检测面进行检测。
由于该法是利用纵波进行检测，故又称纵波法。
二、斜探头检测法斜探头检测法是采用斜探头将声束倾斜入射工件检测面进行检测。
由于它是利用横波进行检测，故又称横波法。
三、扫查方法1．锯齿形扫查探头以锯齿形轨迹作往复移动扫查，同时探头还应在垂直于焊缝中心线位置上作±10°～15°的左右转动，以便使声束尽可能垂直于缺陷。
2．平行扫查探头在焊缝边缘或焊缝上（C级检测，焊缝余高已磨平）作平行于焊缝的移动扫查。
3．斜平行扫查探头与焊缝方向成一定夹角（10°～45°）的平行扫查，该法有助于发现焊缝及热影响区的横向裂纹和与焊缝方向成倾角度的缺陷。
4．基本扫查方法当用锯齿形扫查、平行扫查或斜平行扫查发现缺陷时，为进一步确定缺陷的位置、方向、形状、观察缺陷动态波形或区分缺陷信号的真伪，可采用四种基本扫查方式。
03焊缝质量评定一、缺陷性质的判别1．气孔单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定。
密集气孔会出现一簇反射波，其波高随气孔大小而不同。
2．裂纹缺陷回波高度大，波幅宽，常出现多峰。
3．夹渣点状夹渣的回波信号类似于点状气孔。
条形缺陷回波信号呈锯齿状。
4．未焊透未焊透一般位于焊缝中心线上，有一定得长度。
5．未熔合当声波垂直入射该缺陷表面时，回波高度大。
6．咬边一般情况下咬边反射波的位置出现在直射波和一次波的前边。
如何选择超声波探伤仪探头
如何选择超声波探伤仪探头公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]如何选择超声波探伤仪探头超声波探伤仪探头的主要作用：一是将返回来的声波转换成电脉冲；二是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；三是实现波形转换；四是控制工作频率,适用于不同的工作条件。
超声波探伤仪探头种类繁多，日常使用中常见的探头种类有以下几种：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。
直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成，头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。
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、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
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、小于等于159mm，壁厚≥4mm、小于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≤(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。
型号中列明的角度为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。
焊缝超声波探伤(第三节 焊缝超声波探伤定位)
第四章 焊缝超声波探伤第三节 焊缝超声波探伤定位超声波探伤定位的方法是利用已知尺寸的试块(或工件)作为反射体来调节探伤仪的时间轴，然后根据反射波出现在时间轴上的位置，确定缺陷的位置。
一、斜探头定位与直探头定位的区别纵波探伤时定位比较简单，如探测100mm 厚的工件，可把底面回波调在10格，则每格代表工件中的声程(或垂直距离)为100/10=10(mm)。
(因耦合层极薄，可忽略不计)。
探伤时，若在6格出现缺陷波，则缺陷离工件表面的距离为6×10=60mm 。
横波探伤时的定位比较复杂(见图5–7所示)，与纵波探伤相比有三点区别：① 超声波射到底面时无底面回波(故时间轴需在试块上预先调节)；② 有机玻璃斜楔内一段声程OO '(称斜探头本体声程)在中薄板焊缝探伤定位时不能忽略，必须加以考虑。
③ 超声波的传播路线为O 'OAB(或O 'OB)折线，定位时，必须得用三角公式进行计算。
二、斜探头探伤定位基本原理焊缝探伤前，一般先进行斜探头入射点和折射角的测定，以及时间轴的调节。
故入射点O 和折射角β是已知的，示波屏上扫描线每格所代表的距离(可以是水平距离、垂直距离或声程)也是可知的。
这样，在直角三角形中，知道一只角、一条边、则其他两条边也可求出，故缺陷位置(缺陷离探头入射点的水平距离和深度)便可确定。
根据时间扫描线调节方法的不同，可分三种定位法： 1. 水平定位法即时间扫描线与水平距离成相应的比例关系。
2. 垂直定位法即时间扫描线与深度距离成相应的比例关系。
3. 声程定位法即时间扫描线与声程距离成相应的比例关系。
一般板厚≤24mm 时，用水平定位法、板厚≥32mm 时用垂直定位法。
时间轴的调节，其最大测定范围应在1S ～1.5S 之间(1S 为一个跨距的声程距离)。
三、焊缝超声波探伤定位的常用方法多年来，不少厂矿企业中的检测人员根据自己产品的特点，经过不断摸索、反复实践，已总结出了好多简便、有效的定位方法，下面仅介绍几种常用的定位方法。
超声波检测焊缝时如何选择斜探头
超声波检测焊缝时如何选择斜探头在焊接件超声波检测工作中，选择合适的探头是发现缺陷、并对缺陷定位和定量的关键。
因此在进行超声波检验之前，一定要对检验对像有一个充分的了解，对可能产生的缺陷有一定的认识，从而根据这些情况来选择探头。
一、频率的选择频率的大小主要影响探头近场区的长度和半扩散角的大小，频率高，波长短，声束窄、扩散角小，能量集中，声束指向性好，因为波长短，对发现细小缺陷的能力强，分辨力高，缺陷定位准确。
但是频率高，声波在材料中的衰减大，穿透能力差，频率高，近场区较大，对薄板工件发现近表面缺陷能力减弱，在选择探头频率时要综合考虑。
对厚板对接焊缝应尽量选择频率小一些，一般取2MHz左右；特别是铸件和奥氏体不锈钢件，衰减大，频率一般选0.5;-;1MH，对中等厚度板对接焊缝可选择频率较大一些的探头一般选择2.5MHz的探头，薄板最大频率可选择5MHz。
二、晶片尺寸的选择晶片尺寸的大小决定了超声波的发射功率，晶片尺寸越大，发射功率越大，晶片尺寸大，半扩散角小，声束指向性好，信噪比优于小晶片探头，未扩散区增大，相对扫查的厚度范围较大，对厚板应尽量选择晶片尺寸大一些的探头，晶片尺寸大，相对扫查宽度大，能够提高工作效率。
晶片尺寸大，近场较大，对于容器筒体或接管表面为曲面时为保证耦合，探头晶片不宜过大。
对于奥氏体不锈钢焊缝，为了减少晶粒散射的面积，应当选用大晶片探头。
晶片尺寸大对于薄板材料来说近场大，对探伤不利，在保证强度足够的前提下尽量选择晶片尺寸小一些的探头。
方形晶片相对长方形晶片发射能量集中，在选择晶片时，应优先选择方形晶片。
三、K值的选择K值对探伤灵敏度、声束轴线的方向，一次波的声程有较大的影响，对于有机玻璃制成的斜楔，在K=0.84时，声压往复透射率高，K值越大，折射角大，一次波的声程大，当检测厚壁工件时，应选用较小的K值，薄壁工件时，应选择较大K值，焊缝检测过程中应保证主声束能够扫查整个焊缝截面。
超声波探伤仪斜探头的自动校准步骤
超声波探伤仪斜探头的自动校准步骤（动作分解）（图1）如图1所示，由于探头零点、前沿、K值会给探伤带来误差，所以探伤前必须校准，校准步骤如下：第一步：按【参数】键，旋转旋钮，选择探头类型，按【确认】键，旋转旋钮，选择斜探头，按【确认】键,按【参数】键，退出参数设置第二步：按【校准】键，启动自动校准功能如图2所示，左右移动探头，找到R50和R100两个圆弧的最高波，保持探头不动，按2次【F5】键，材料声速和探头零点自动校准完成。
第三步：在上述第二步，保持探头不动的情况下，在探头刻度尺上读出试块零刻度对应的刻度值，即为探头前沿,按F3键，旋转旋钮输入前沿值；第四步：如图3所示左右移动探头，找到最高波，保持探头不动，按2次【F3】键，探头K值自动校准完成。
（图2：校准材料声速、探头零点、探头前沿）70°60°50°（图3：校准探头K值）DAC 曲线的制作与探伤标准的自定义输入步骤（动作分解）一．制作DAC 曲线①：按【DAC 】键，启动DAC 菜单。
②：如图4所示，将探头放在CSK-3A 试块①的位置，左右移动探头找到深为10mm 孔的最高回波，此波不能超过满屏高度，用A 闸门套住此波，按【F3】键，使标定点增加为“1”；③：如图4所示，将探头放在CSK-3A 试块②的位置，左右移动探头找到深为20mm 孔的最高回波，此波不能超过满屏高度，用A 闸门套住此波，按【F3】键，使标定点增加为“2”；●此时已添加了2个标定点，DAC 开关已自动打开，DAC 曲线自动绘制在屏幕上●重复③的步骤，可以找到孔深为30、40、50mm 等反射体的最高回波，使标定点增加为3、4、5...，●标定点可按孔深的任意顺序进行记录（图4：DAC 曲线制作）二．偏置设置（探伤标准的输入）：按【F5】键，进入第三页，找到判废线、定量线、评定线设置项按【F2】键，选择评定线，旋转旋钮调节评定线的值，比如设为-16db 按【F3】键，选择定量线，旋转旋钮调节定量线的值，比如设为-10db 按【F4】键，选择判废线，旋转旋钮调节判废线的值，比如设为-4db三．设置表面补偿和评估曲线按【F5】键，进入第四页按【F2】键选择表面补偿，旋转旋钮设定工件表面补偿值，一般设为+4db按【F5】键选择评估曲线，旋转旋钮，一般设定为评定线四．保存通道按【通道】键，旋转旋钮选择一个空的通道号，按【F3】保存通道此时，校准的参数和DAC 曲线均保存在了通道里。
超声波直探头、双晶探头、斜探头校准方法
超声波直探头、双晶探头、斜探头校准方法超声波检测中声速和探头零点校准是因为状态行所显示参数的计算都是与声速和探头零点相关，所以在探伤前请务必校准；声程校准是为了使屏幕上显示适当声程范围内的波形，以便更好地判断、评价缺陷。
一、直探头校准（单晶探头）根据声速和探头零点的已知情况，确定校准步骤。
若声速未知，则应先进行声速校准；若声速已知，则跳过声速校准，调节声速为已知声速后用一点法进行探头零点校准。
1、已知材料声速校准步骤：(1) 材料声速设置为已知材料声速，(2) 把探头耦合到校准试块上，(3) 设定闸门逻辑为单闸门方式，即设为进波报警或失波报警逻辑，把闸门套住一次回波，此时声程测量的就是一次回波处的声程，(4) 调节探头零点，使得状态行的声程测量值（S）与试块的已知厚度相同，此时所得到的探头零点就是该探头的准确探头零点。
2、未知材料声速校准步骤：(1) 先初步设定一大概的声速值；(2) 调节闸门逻辑为双闸门方式；(3) 将探头耦合到一个与被测材料相同且厚度已知的试块上；(4) 移动闸门A的起点到一次回波并与之相交，调节闸门A的高度低于一次回波最高幅值至适当位置，闸门A不能与二次回波相交；(5) 移动闸门B的起点到二次回波并与之相交，调节闸门B的高度低于二次回波最高幅值至适当位置，闸门B不能与一次回波相交；(6) 调节声速，使得状态行显示的声程测量值（S）与试块实际厚度相同，此时，所得到的声速就是这种探伤条件下的准确声速值。
(7) 设定闸门逻辑为单闸门方式，即设为进波报警或失波报警逻辑，此时声程测量的就是一次回波处的声程；(8) 调节探头零点，使得状态行的声程测量值（S）与试块的已知厚度相同，此时所得到的探头零点就是该探头的准确探头零点。
材料声速未知，设置接近的材料声速为5920m/s，设置闸门逻辑为双闸门方式，同时探头零点设置为0；将探头耦合到50mm的标定试块上，并将闸A门调到与一次回波相交的位置，将B闸门调到与二次回波相交的位置；二、双晶探头校准增加声速值，直到一、二次回波间声程显示的值为50mm，现在便测得了材料的准确声速是6024m/s；再将闸门设置为单闸门方式，测量一次回波处的声程，连续调节探头零点直到一次回波处测得的声程值为50mm，现在便测得了探头零点为0.125us。
超声波传感器(2)
压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、 45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材 料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一 定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多 次反射，而传播到较远处去。
各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
接触法双晶直探头
发射晶片 接收晶片
将两个单晶探头组合 装配在同一壳体内，其中 一片发射超声波，另一片 接收超声波。两晶片之间 用一片吸声性能强、绝缘 性能好的薄片加以隔离。 双晶探头的结构虽然复杂 些，但检测精度比单晶直 探头高，且超声信号的反 射和接收的控制电路较单 晶直探头简单。
各种双晶直探头
焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz， 钢中折射角：45 ~70
超声波的波型分类
超声波的传播波型主要可分为 纵波、横波、表面波等几种。
纵 波
横波
表面波
第二节 超声波换能器及耦合技术
超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原 理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主 要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、 表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、 空气传导探头以及其他专用探头等。
各种超声波探头
（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
接触式直探头 （纵波垂直入射 到被检介质）
保护膜
外壳用金属制 作，保护膜用硬度 很高的耐磨材料制 作，防止压电晶片 磨损。
接插件
接触式 直探头原理
超声脉冲电压
输入端
接地端
接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）
接触法双晶斜探头（续）
超声波斜探头结构及工作原理
超声波探头根据不同的用途分为许多种类，有纵波直探头、纵波斜探头、横波斜探头、表面波探头、爬坡探头等等。
其中纵波直探头和横波斜探头在工作检测中最为常见。
直探头与横波斜探头在结构与工作原理等方面有诸多相似之处，本文介绍横波斜探头的结构、探头工作原理以及影响探头性能的主要因素。
1、探头结构超声波斜探头由吸声材料、外壳、阻尼块、斜楔块和产生超声波的压电晶片等原件组成。
如图1为超声波斜探头结构示意图。
图1.超声波斜探头结构示意图吸声材料作用是吸收晶片背面、斜块四周发散的超声波噪声；探头外壳有金属外壳和塑料外壳，外壳起到支撑固定、保护以及电磁屏蔽等作用。
探头阻尼对压电晶片的振动起阻尼作用，一是可使晶片起振后尽快停下来，减少晶片余震，减小超声波脉冲宽度，提高超声检测分辨力；二是吸收晶片向背面发射的超声波，减少始脉冲杂波；三是同样起到支撑晶片的作用。
斜楔块一般采用机玻璃制成，其作用是改变晶片产生的声束角度。
压电晶片是整个探头的“心脏”，是探头产生超声波的最关键的元件，一般压电晶片采用石英、压电陶瓷等具有压电效应的材料制作而成。
2、工作原理超声波仪器电路产生的电脉冲作到具有压电效应的晶片，使压电晶片产生逆压电效，晶片发生轴线方向和垂直轴线的径向振动，如图2所示。
晶片径向振动产生杂波被吸声材料吸收，而轴向振动产生的超声波声束才是有用的声束。
晶片振动方向即为超声波质点振动方向，质点振动方向与超声波声束传输方向相同，则可推断出晶片轴向振动产生的有用声束为纵波声束，斜楔块的超声波声速为有机玻璃的纵波声速。
当晶片接收到一个电脉冲完成一次逆压电效应，将被固定在晶片上的阻尼块阻止余震，减少超声波余波，从而较小超声波脉冲宽度。
图2.压电晶片轴向和径向振动示意图晶片产生的纵波声束通过具有一定角度的斜楔块和耦合剂层进入工件，声束在耦合剂与工件接触界面发生波形转换。
当纵波声束以小于第一临界角的角度进入工件，工件的声束为纵波和横波，且纵波声束的角度大于横波。
超声波探伤仪探头的分类
超声波探伤仪探头的分类超声波探伤仪探头主要由压电晶片组成。
探头可发射及接收超声波。
探头由于其结构的不同可分为直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、可变角探头（纵波、横波、表面波、兰姆波）、双探头（一个探头发射，另一个探头接收）、聚焦探头（将声波聚集为一细束）、水浸探头（可浸在液体中）以及其它专用探头（如探高压瓷瓶的S型或扁平探头或探人体用的医用探头）等。
1.超声波探伤仪探头之一：直探头直探头也称平探头，可发射及接受纵波。
直探头主要由压电晶片、阻尼块（吸收块）及保护膜组成。
（1）压电晶片压电晶片的厚度与超声频率成反比。
例如锆钛酸铅（PZT-5）的频率厚度常数为1890千赫/毫米，晶片厚度为1毫米时，自然频率为1.89兆赫，厚度为0.7毫米时，自然频率约2.5兆赫。
电压晶片的直径与扩散角成反比。
电压晶片两面敷有银层，作为导电的极板，晶片底面接地线，晶片上面接导线引至电路上。
（2）保护膜直探头为避免晶片与工件直接接触而磨损晶片，在晶片下粘合一层保护膜，有软性保护和硬性保护两种。
软性的可用塑料薄膜（厚约0.3毫米），与表面粗糙的工件接触较好。
硬性可用不锈钢片或陶瓷片。
保护膜的厚度为二分之一波长的整数倍，声波穿透率最大。
厚度为四分之一波长的奇数倍时，穿透率最小。
晶片与保护膜粘合后，探头的谐振频率将降低。
保护膜与晶片粘合时，粘合层应尽可能的薄，不得渗入空气。
粘合剂的配方为618环氧树脂：二乙烯三胺：邻苯二甲酸二丁酯=100：8：10 粘合后加一定的压力，放置24小时，再在60℃~80℃温度下烘干4小时。
（3）阻尼块阻尼块又名吸收块，其作用为降低降低晶片的机械品质系数，吸收声能量。
如果没有阻尼块，电振荡脉冲停止时，压电晶片因惯性作用，仍继续振动，加长了超声波的脉冲宽度，使盲区增大，分辨力差。
吸收块的声阻抗等于晶片的声阻抗时，效果最佳，常用的吸收快配方如下钨粉：环氧树脂：二乙烯三胺（硬化剂）：邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）=35克：10克：0.5克：1克为使晶片和阻尼块粘合良好，在灌浇前先用丙酮清洗晶片和晶片座表面，并加热至60℃~80℃再行灌浇。
斜探头
斜探头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。
斜探头由斜块、压电晶片、吸声材料、外壳、插座等组成。
超声波的发射/接收由压电晶片完成；斜块的作用是实现波型的转换，当入射角（α）在第一临界角和第二临界角之间时，根据超声波在不同声阻抗界面的折射定律，工件中只有横波的存在；吸声材料用来吸收晶片背面、斜块四周发散的噪声；外壳起到支撑、保护、电磁屏蔽等作用；插座为电信号接口，通过探头线连接到仪器。
斜探头折射角的大小通过K 值来标明。
在探头的型号上标明检测钢工件时的K 值，K=tg（Θ），即折射角度的正切值。
常用的K 值有0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 等几种。
采用K 值标称探头，缺陷的定位计算比较方便。
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、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
测量超声波斜探头折射角的试块及其测量方法
测量超声波斜探头折射角的试块及其测量方法
超声波斜探头的折射角是指当超声波信号从探头进入被测体时，波束与被测体的接触面的夹角。
为了准确地测量超声波斜探头的折射角，需要使用一个特殊的试块和测量方法。
下面是具体的测量步骤：
1. 准备一个贴有标尺的试块。
试块的材料应该与被测体的材料相同或相似，以保证测量结果的准确性。
试块的形状应该是平面或直径比较大的圆柱形，并且具有良好的表面光洁度和平整度。
2. 将试块固定在硬质支架上，并将斜探头紧贴在试块表面上，使得探头与试块接触面平行。
3. 打开超声波检测设备，将探头与试块预压紧固定。
调整设备的设置，以确保探头能够产生稳定的信号，并且信号的幅度和周期都非常稳定。
4. 移动探头，使其从试块的一侧进入试块内部，并沿着试块内部的不同位置运动，同时记录下每个位置的信号强度和反射时间。
5. 根据记录的信号强度和反射时间，计算出不同位置的折射角，并绘制出试块内部的波束传播路径图。
在路径图上，可以测量出每个点的折射角，并计算出平均折射角。
6. 通过多次测量，并计算平均折射角的方法，可以得到超声波斜探头的准确折射角。
这样，就可以校正探头的使用误差，提高超声波检测的测量精度和准确性。
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探头一、压电效应与压电材料某些单晶体和多晶体陶瓷材料在应力（压缩力和拉伸力）作用下产生异种电荷向正反两面集中而在晶体内产生电场，这种效应称为正压电效应。
相反，当这些单晶体和多晶体陶瓷材料处于交变电场中时，产生压缩或拉伸的应力和应变，这种效应称为负压电效应，如图所示。
负压电效应产生超声波，正压电效应接收超声波并转换成电信号。
常用的压电单晶有石英又称二氧化硅（SiO2）、硫酸锂（LiS04H20）、碘酸锂LiIO3）、铌酸锂（LiNbO3）等，除石英外，其余几种人工培养的单晶制造工艺复杂、成本高。
常用的压电陶瓷有钛酸钡（BaTi03）、锆钛酸铅（PZT）、钛酸铅（PbTiO3)、偏铌酸铅（PbNb2O4）等。
二、探头的编号方法三、探头的基本结构压电超声探头的种类繁多，用途各异，但它们的基本结构有共同之处，如图所示。
它们一般均由晶片、阻尼块、保护膜（对斜探头来说是有机玻璃透声楔）组成。
此外，还必须有与仪器相连接的高频电缆插件、支架、外壳等。
四、直探头（一）直探头的保护膜1.压电陶瓷晶片通常均由保护膜来保护晶片不与工件直接接触以免磨损。
常用保护膜有硬性和软性两类。
氧化铝（刚玉）、陶瓷片及某些金属都属于硬性保护膜，它们适用于工件表面光洁度较高、且平整的情况。
用于粗糙表面时声能损耗达20～30dB。
2.软性保护膜有聚胺酯软性塑料等，用于表面光洁度不高或有一定曲率的表面时，可改善声耦合，提高声能传递效率，且探伤结果的重复性较好，磨损后易于更换，它对声能的损耗达6～7dB。
3.保护膜材料应耐磨、衰减小、厚度适当。
为有利于阻抗匹配，其声阻抗Zm应满足一定要求。
4.试验表明：所有固体保护膜对发射声波都会产生一定的畸变，使分辨率变差、灵敏度降低，其中硬保护膜比软保护膜更为严重。
因此，应根据实际使用需要选用探头及其保护膜。
与陶瓷晶片相比，石英晶片不易磨损，故所有石英晶片探头都不加保护膜。
（二）直探头的吸收块为提高晶片发射效率，其厚度均应保证晶片在共振状态下工作，但共振周期过长或晶片背面的振动干扰都会导致脉冲变宽、盲区增大。
为此，在晶片背面充填吸收这类噪声能量的阻尼材料，使干扰声能迅速耗散，降低探头本身的杂乱的信号。
目前，常用的阻尼材料为环氧树脂和钨粉。
（一）结构与类型（二）透声楔斜探头都习惯于用有机玻璃作斜楔，以形成一个所需的声波入射角，并达到波型转换的目的。
一发一收型分割式双直探头和双斜探头也都以有机玻璃作为透声楔，这是因为有机玻璃声学性能良好、易加工成形，但它的声速随温度的变化有所改变又易磨损，所以对探头的角度应经常测试和修正。
水浸聚焦探头常以环氧树脂等材料作为声透镜材料。
六、晶片的厚度压电晶片的振动频率f即探头的工作频率，它主要取决于晶片的厚度T和超声波在晶片材料中的声速。
晶片的共振频率（即基频）是其厚度的函数。
可以证明，晶片厚度T为其传播波长一半时即产生共振，此时，在晶片厚度方向的两个面得到最大振幅，晶片中心为共振的驻点。
七、晶片的厚度通常把晶片材料的频率f和厚度T的乘积称为频率常数Nt，若T=λ/2，则Nt = f T = C/2式中：C为晶片材料中的纵波声速。
常用晶片材料如PZT的Nt=1800～2000m/s，石英晶片的Nt＝285Om/s，钛酸钡晶片的Nt＝2520m/s，钛酸铅晶片的Nt=2120m/s。
由式（2.65）可知，频率越高，晶片越薄，制作越困难，且Nt小的晶片材料不宜用于制作高频探头。
八特殊探头（一）水浸聚焦探头（二）可变角探头（三）充水探头（四）双晶探头：a.双晶纵波探头b.双晶横波探头（纵波全反射)（五）表面波探头第四节：试块一、试块的用途.测试或校验仪器和探头的性能；.确定探测灵敏度和缺陷大小；.调整探测距离和确定缺陷位置；.测定材料的某些声学特性。
二、试块的分类（主要分二类）.标准试块.对比试块（参考试块）.其他叫法：校验试块、灵敏度试块；平底孔试块、横孔试块、槽口试块；锻件试块、焊缝试块等。
三、试块简介1.荷兰试块.1955年荷兰人提出；1958年国际焊接学会通过并命名为IIW试块；ISO组织推荐使用。
.类似的有：中国CSK-IA、日本STB-A1、英国BS-A、西德DIN54521……2.IIW2试块（三角形试块、牛角试块）.适用于现场检验（体积小、轻、方便）；.用途较IIW少3.CSK-IA试块：中国的改型试块1.荷兰试块.1955年荷兰人提出；1958年国际焊接学会通过并命名为IIW试块；ISO组织推荐使用。
.类似的有：中国CSK-IA、日本STB-A1、英国BS-A、西德DIN54521……2.IIW2试块（三角形试块、牛角试块）.适用于现场检验（体积小、轻、方便）；.用途较IIW少3.CSK-IA试块：中国的改型试块.CSK-IA试块的主要用途:① R50、R100圆弧：-斜探头入射点、前沿测定；-扫描线比例校准；②上下表面刻度：斜探头K值校准；③φ50、φ44、φ40孔：斜探头分辨率测定；④89、91、100mm 台阶：直探头分辨率测定；⑤φ50孔：盲区测定。
4.CS-1和CS-2.1986年通过，CS-1全套26块，CS-2全套66块；.要求：（1）D/L比不能太小，否则产生侧壁效应；（2）平底孔应足以分辨；（3）材质衰减要小。
注：铸钢件试块与此形状相同、尺寸不同5.CSK-IIA / CSK-IIIA6.RB-1、RB-2、RB-37. 钢板试块8. 半圆试块9. 管子试块3.4第四节：组合性能测试（检测系统的校准）一、水平线性1.定义：仪器水平线性是示波屏上时基线的水平刻度与实际声程之间成正比的程度，即示波屏上多次底波等距离的程度。
水平线性对缺陷定位有较大的影响。
水平线性用水平线性误差表示。
2.测试步骤：（1）将直探头置于CSK--1A试块的25mm厚大平底面上；（2）通过[微调][水平][脉冲位移]等按钮，使屏上出现5次底波B1--B5，当底波B1和B5的幅度分别为50％满刻度时，将它们的前沿分别对准刻度2.0和10.0。
B1和B6的前沿位置在调整中如相互影响，则应反复进行调整。
a2、a3、a4分别为B2、B3、B4与4.0、6.0、8.0的偏差。
（3）水平线性误差计算：ZBY230--84规定：仪器的水平线性误差≤2%例：用IIW或CSK-1A试块测仪器的水平线性，现测得B1对准2.0，B5对准10.0时，B2、B3、B4与4.0、6.0、8.0的偏差分别为0.5、0.6、0.8;求其水平误差为多少？解：0.8δ=------×100%=1%0.8×100二、垂直线性1.定义：仪器垂直线性是示波屏上波高与探头接收的信号幅值之间成正比的程度。
它取决于仪器放大器的性能。
垂直线性用垂直线性误差表示。
垂直线性影响缺陷的检出和定量。
2.测试步骤：（1）[抑制]至零，[衰减器]保留30dB衰减余量；（2）将直探头置于CSK--1A试块的25mm厚大平底面上，恒定压力压住；（3）调节仪器使试块上某次底波位于示波屏中央，并达到100%幅度，作为“0”dB;（4）固定[增益]和其他旋钮，调衰减器，每次衰减2dB,并记下相应的波高H填入表中，直到底波消失；上表中：理想相对波高是△i=2、4、6dB……时的波高比（如△i=6dB时的理想相对波高是50.1%）三、计算垂直线性误差D=（|d1|+|d2| ）式中：d1--实测值与理想值的最大正偏差d2--实测值与理想值的最大负偏差ZBY230--84规定：仪器的垂直线性误差D≤8%三.探头灵敏度1.调节灵敏度的几个旋钮.[发射强度] 调节发射脉冲的输出幅度，发射强度大灵敏度高，但分辨率低；.[增益] 调节接收放大器的放大倍数，增益大灵敏度高；.[抑制]限制检波后信号的输出幅度，主要用于抑制杂波、提高信噪比。
使用[抑制]会使仪器的垂直线性变坏，动态范围变小。
[抑制]增加，灵敏度降低，尽量不要用[抑制]；.[衰减器] 电路内专用器件，用于定量地调节示波屏上的波高，它是步进旋钮。
分：[粗调][细调]二档，[粗调]步长10-20dB,[细调]步长1-2dB。
CTS-6型总衰减量50db;CTS-22型则为80dB;调节灵敏度的几个旋钮.《ZB Y230--84? A型脉冲反射超声探伤通用技术条件》中规定：总衰减量不小于60dB;衰减误差：1dB/12dB.四、直探头+ 仪器的灵敏度余量测试.探头对准200 / Φ2平底孔；.[抑制]：0；[发射强度] [增益]：最大；.调[衰减器]使Φ2孔最高回波达满刻度的50%（基准高），这时衰减量为N1dB;.提起探头，用[衰减器]将电噪声电平衰减到10%以下，这时衰减量为N2dB;.灵敏度余量N=N1-N2（dB）;直探头的灵敏度余量要求≥30dB五、斜探头+ 仪器的灵敏度余量测试.探头对准IIW试块R100园弧面；.[抑制]：0；[发射强度] [增益]：最大；.调[衰减器]使R100回波达满刻度的50%（基准高），这时衰减量为N1dB;.提起探头，用[衰减器]将电噪声电平衰减到10%以下，这时衰减量为N2dB;.灵敏度余量N=N1-N2（dB）;斜探头的灵敏度余量要求≥40dB七、探头盲区测定1 概念.盲区是指从探测面到能够发现缺陷处的最小距离，即始脉冲宽度覆盖区的距离。
.盲区与近场区的区别：盲区是始脉冲宽度与放大器引起的，而近场区是波的干涉引起的。
盲区内缺陷一概不能发现，而近场区内缺陷可以发现但很难定量。
2 测定方法方法（1）：.先将直探头在灵敏度试块上用φ1平底孔调80%基准高。
.将直探头放于盲区试块上，能独立显示φ1平底孔回波的最小深度为盲区。
方法（2）：.用IIW试块估算.将直探头放于IIW上方：能独立显示回波的，盲区≤5mm。
无独立回波的，盲区＞5mm。
.将直探头放于IIW左侧：能独立显示回波的，盲区5～10mm。
无独立回波的，盲区＞10mm。
八探头分辨率一、概念：示波屏上区分相邻二缺陷的能力，能区分的相邻二缺陷的距离愈小，分辨率就愈高。
分辨率与仪器和探头的质量有关。
二、纵波直探头分辨率测定.直探头放于IIW试块85、91、100处，[抑制]为0，左右移动探头，使屏上出现A、B、C 波；.若A、B、C不能分开，先将A、B等高，并取a1、b1值求：a1X=20 lg---- (dB)b1然后用[衰减器]使B、C等高，取相应的a2、b2值求：a2Y=20 lg---- (dB)b2X、Y值愈大分辨率愈高，一般X、Y ≥ 15dB九、横波斜探头分辨率测定.如图,平行移动探头，使A、B等高则分辨率：h1X=20lg-------(dB)h2.平行移动探头，使B、C等高则分辨率：h3Y=20lg------ (dB)h4要求：X或Y≥ 6dB实测时，[衰减器]将h1衰减到h2即为X值，将h3衰减到h4即为Y值。