超聲波探傷時應該如何選擇適合的探頭?
超聲檢測中,超聲波的發射和接收都是通過探頭來實現的。探頭的種類很多,結構型式也不一樣。超聲波探傷時應該如何選擇適合的探頭?檢測前應根據被檢對象的形狀、超聲波的衰減、技術要求等來選擇探頭。探頭選擇包括探頭型式、頻率、晶片尺寸和斜探頭K值(或折射角)的選擇等。
一、探頭型式的選擇
常用的探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭、表面波探頭、雙晶探頭、聚焦探頭等.一般根據工件的形狀和可能出現缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的型式,使聲束軸線盡量與缺陷垂直。
二、 探頭頻率的選擇
超聲波檢測頻率在0. 5~10MHz之間,選擇范圍大。一般選擇頻率時應考慮以下因素。
1.由于波的繞射,使超聲波檢測極限靈敏度約為λ/2,因此提高頻率,有利于發現更小的缺陷。
2.頻率高,脈沖寬度小,分辨力高,有利于區分相鄰缺陷。
3、由公式擴散角公式可知,頻率高,波長短,則半擴散角小,聲束指向性好,能量集中,有利于發現缺陷并對缺陷定位。
4、由公式近場區公式可知,晶片尺寸增加,近場區長度迅速增加,對檢測不利。
5、由衰減公式 可知,頻率增加,衰減急劇增加。
由以上分析可知,頻率的高低對檢測有很大影響。頻率高,靈敏度和分辨率高,指向性好,對檢測有利。但頻率高,近場區長度大,衰減大,又對檢測不利。實際檢測中要全面分析考慮各方面的因素,合理選擇頻率。一般在保證檢測靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。
對于晶粒較細的鍛件、軋制件和焊接件等,一般選用較高的頻率,常用2.5-5.0MHz。對晶粒粗大鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率,穿透力好,常用0. 5-2.5MHz。如果頻率過高,就會引起嚴重衰減,示波屏上出現林狀回波,信噪比下降,甚至無法檢測。
三、探頭晶片尺寸的選擇
探頭圓晶片尺寸一般為φ 10--φ 30mm,晶片大小對檢測也有一定影響, 選擇晶片尺寸時要考慮以下因素。
1、由 可知,晶片尺寸增加,半擴散角減少,波束指向性變好,超聲波能量集中,對檢測有利。
2、由 可知,晶片尺寸增加,近場區長度迅速增加,對檢測不利。
3、晶片尺寸大,輻射的超聲波能量大,發現遠距離缺陷能力增強,探頭未擴散區掃查范圍大,遠距離掃查范圍相對變小。
以上分析說明晶片大小對聲束指向性,近場區長度、近距離掃查范圍和遠距離缺陷檢出能力有較大的影響。實際檢測中,檢測面積范圍大的工件時,為了提高檢測效率宜選用大晶片探頭。檢測厚度大的工件時,為了有效的發現遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭。檢測小型工件時,為了提高缺陷定位定量精度宜選用小晶片探頭。檢測表面不太平整,曲率較大的工件時,為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。
四、橫波斜探頭K值(或折射角)的選擇
在橫波檢測中,探頭的K值(或折射角)對檢測靈敏度、聲束軸線的方向,一次波的聲程有較大影響。對于用有機玻璃斜探頭檢測鋼制工件,β=400 (K=0. 84)左右時,聲壓往復透射率最高,即檢測靈敏度最高。由k = Tanβ,可知,K值大,βs大,一次波的聲程大。因此在實際檢測中,當工件厚度較小時,應選用較大K值的以減少聲程過大引起的衰減,便于發現深度較大處的缺陷。在焊縫檢測中,還要保證主聲束能掃查整個焊縫截面。對于單面焊根部未焊透,還要考慮端角反射問題,應使K=0.7-1.5,因為K<0.7或K>1.5,端角反射率很低,容易引起漏檢。
以上是針對超聲波探傷時應該如何選擇適合的探頭的解答,請結合實際檢測工件情況及要求進行對應適合的超聲波探頭。
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