超声探头

在超声波检测过程中,超声波的发射和接收是通过探头来实现的。探头的性能直接影响超声波的特性,影响超声波的检测性能。

在超声检测中使用的探头,是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。探头中的关键部件是晶片,晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片,它的作用是将电能和声能互相转换。


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a1<aL<aⅡ ,双晶横波斜探头

单晶纵波斜探头 aL<a1为小角度纵波斜探头

aL在a1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轴向曲率。

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90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。



性能参数

1.压电应变常数d33:

d33=Dt/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Dt的变化量,d33越大,发射灵敏度越高。

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e:

e=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→e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: 324.0 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: 324.0 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qm:

qm=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。

qm大,损耗小,振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。

qm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。


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。