超声波探头-UTIII

第一节超声波探头

一.以构造分类

1.直探头: 单晶纵波直探头双晶纵波直探头

2.斜探头: 单晶横波斜探头α1<αL<αⅡ，双晶横波斜探头

单晶纵波斜探头αL<α1为小角度纵波斜探头

αL在α1附近为爬波探头

爬波探头；沿工件表面传输的纵波，速度快、能量大、波长长探测深度较表面波深，对工件表面光洁度要求较表面波松。（频率2.5MHZ波长约

2.4mm，讲义附件11、12、17题部分答案）。

3.带曲率探头: 周向曲率径向曲率。

周向曲率探头适合---无缝钢管、直缝焊管、筒型锻件、轴类工件等轴向缺陷的检测。工件直径小于2000mm时为保证耦合良好探头都需磨周向曲率。

径向曲率探头适合---无缝钢管、钢管对接焊缝、筒型锻件、轴类工件等径向缺陷的检测。工件直径小于600mm时为保证耦合良好探头都需磨径向曲率。

4.聚焦探头: 点聚焦线聚焦。

5.表面波探头:(当纵波入射角大于或等于第二临界角,既横波折射角度等于900形成表面波).

沿工件表面传输的横波，速度慢、能量低、波长短探测深度较爬波浅，对工件表面光洁度要求较爬波严格。

第一章“波的类型”中学到：表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。（频率2.5MHZ波长约1.3mm，讲义附件11、12题部分答

案）。

二.以压电晶体分类:

三.压电材料的主要性能参数:

1.压电应变常数d33:

d33=∆t/U在压电晶片上加U这么大的应力,压电晶片在厚度上发生了∆t的变化量,d33越大,发射灵敏度越高(82页最下一行错)。

2.压电电压常数g33:

g33=UP/P在压电晶片上加P这么大的应力.在压电晶片上产生UP这么大的电压,g33越大,接收灵敏度越高。

3.介电常数ε:

ε=Ct/A[C-电容、t-极板距离(晶片厚度)、A-极板面积(晶片面积)]; C小→ε小→充、放电时间短.频率高。

4.机电偶合系数K:

表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。

对于正压电效应:K=转换的电能/输入的机械能。

对于逆压电效应:K=转换的机械能/输入的电能.

晶片振动时,厚度和径向两个方向同时伸缩变形,厚度方向变形大,探测灵敏度高,径向方向变形大,杂波多,分辨力降低,盲区增大,发射脉冲变宽.（讲义附件16、19题部分答案）。

声速: 3240 M/S 工件厚度: 16.00MM 探头频率: 2.500MC

探头K值: 1.96 探头前沿: 7.00MM 坡口类型: X

坡口角度: 60.00 对焊宽度: 2.00MM 补偿: -02 dB

判废: +05dB 定量: -03dB 评定: -09 dB

焊口编号: 0000 缺陷编号: 1. 检测日期: 05.03.09

声速: 3240 M/S 工件厚度: 16.00 MM 探头频率: 5.00 MC

探头K值: 1.95 探头前沿: 7.00 MM 坡口类型: X

坡口角度: 60.00 对焊宽度: 2.00 MM 补偿: -02 dB

判废: +05 dB 定量: -03 dB 评定: -09 dB

焊口编号: 0000 缺陷编号: 1. 检测日期: 05.03.09

5.机械品质因子 m:

θm=E贮/E损,压电晶片谐振时,贮存的机械能与在一个周期内(变形、恢复)损耗的能量之比称……损耗主要是分子内摩擦引起的。

θm大,损耗小,振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。

θm小,损耗大,振动时间短,脉冲宽度小,分辨力高。

6.频率常数Nt:

Nt=tf0,压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,晶片材料一定,厚度越小,频率越高. （讲义附件16、19题部分答案）。

7.居里温度Tc:

压电材料的压电效应,只能在一定的温度范围内产生,超过一定的温度,压电效应就会消失,使压电效应消失的温度称居里温度(主要是高温影响)。

8．超声波探头的另一项重要指标：信噪比---有用信号与无用信号之比必须大于18 dB。（为什么？）

四.探头型号(应注意的问题)

1．横波探头只报K值不报频率和晶片尺寸。

2．双晶探头只报频率和晶片尺寸不报F(菱形区对角线交点深度)值。

例：用双晶直探头检12mm厚的板材，翼板厚度12mm的T型角焊缝，怎样选F值？

讲义附件（2题答案）。

五.应用举例:

1.斜探头近场N=a⨯b⨯COSβ/πλCOSα。λ =C S/ƒ.

直探头近场N=D2/4λ。λ=C L/ƒ.

2.横波探伤时声束应用范围:1.64N-3N。

纵波探伤时声束应用范围:≥3N。

双晶直探头探伤时,被检工件厚度应在F菱形区内。

3.K值的确定应能保证一次声程的终点越过焊缝中心线，与焊缝中心线的交点到被检工件内表面的距离应为被检工件厚度的三分之一。

4.检测16mm厚的工件用5P 9×9 K2、2.5P9X9K2、2.5P13X13K2那一种探头合适(聚峰斜楔).以5P9X9K2探头为例。

(1).判断一次声程的终点能否越过焊缝中心线?

（焊缝余高全宽+前沿）/工件厚度

(2).利用公式：

N׳(工件内剩余近场长度)=N(探头形成的近场长度)—N״(探头内部占有的近场长度) =axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,计算被检工件内部占有的近场长度。讲义附件（14题答案）。

A．查教材54页表:

COSβ/COSα、tgα/tgβ与K值的关系

材料K值 1.0 1.5 2.0 2.5 3

有机玻璃COSβ/ COSα0.88 0.78 0.68 0.6 0.52 聚砜COSβ/ COSα0.83 0.704 0.6 0.51 0.44 有机玻璃tgα /tgβ0.75 0.66 0.58 0.5 0.44 聚砜tgα /tgβ0.62 0.52 0.44 0.38 0.33