Question

实施超声探伤时 . 应如何选择超声探头

Answer 1

超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构型式也不一样。探伤前应根据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头。探头的选择包括探头型式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。
1.探头型式的选择
常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。
纵波直探头只能发射和接收纵波，束轴线垂直于探测面，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。
横波斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。主要用于探测与深测面垂直或成一定角的缺陷。如焊缝生中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。
表面波探头用于探测工件表面缺陷，双晶探头用于探测工件近表面缺陷。聚焦探头用于水浸探测管材或板材。
2.探头频率的选择
超声波探伤频率在O.5～10MHz之间，选择范围大。一般选择频率时应考虑以下因索。
(1)由于波的绕射，使超声波探伤灵敏度约为，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。
(2)频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。
(3) 可知，频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。
(4) 可知，频率高，波长短，近场区长度大，对探伤不利。
(5) 可知，频率增加，衰减急剧增加。
由以上分析可知，频率的离低对探伤有较大的影响。频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对探伤有利。但频率高，近场区长度大，衰减大，又对探伤不利。实际探伤中要全面分析考虑各方面的因索，合理选择频率。一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选用较低的频率。
对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率，长用2.5～5.0MHz。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率，常用O.5～2.5MHz。如果频率过高，就会引起严重衰减，示波屏上出现林状回波，信噪比下降，甚至无法探伤。
3.探头晶片尺寸的选择中科朴道超声波探伤仪
探头圆晶片尺寸一般为φ10～φ30mm，晶片大小对探伤也有一定的影响，选择晶片尺寸时要考虑以下因素。
(l) 可知，晶片尺寸增加，半扩散角减少，波束指向性变好，超声波能量集中，对探伤有利。
(2)由N=等可知，晶片尺寸增加，近场区长度迅速增加，对探伤不利。
(3)晶片尺寸大，辐射的超声波能量大，探头未扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小，发现远距离缺陷能力增强。
以上分析说明晶片大小对声柬指向性，近场区长度、近距离扫查范围和远距离缺陷检出能力有较大的影响。实际探伤中，探伤面积范围大的工件时，为了提高探伤效率宜选用大晶片探头。探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。探伤小型工件时，为了提高缺陷定位定量精度宜选用小晶片探头。探伤表面不太平整，曲率较大的工件时，为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。
4.横渡斜探头K值的选择
在横波探伤中，探头的K值对探伤灵敏度、声束轴线的方向，一次波的声程(入射点至底面反射点的距离)有较大的影响。由图l.39可知，对于用有机玻璃斜探头探伤钢制工传，βs=40°(K=O.84)左右时，声压往复透射率最高，即探伤灵敏度最高。由K=tgβs可知，K值大，βs大，一次波的声程大。因此在实际探伤中，当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程，避免近场区探伤。当工件厚度较大时，应选用较小的K值。

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
1 4—5mm 6×6 K3 不锈钢：1.25MHz （下同）
2 6—8mm 8×8 K3 铸铁：0.5—2.5 MHz（下同）
3 9—10mm 9×9 K3 普通钢：5MHz （下同）
4 11—12mm 9×9 K2.5
5 13—16 mm 9×9 K2
6 17—25 mm 13×13 K2
7 26—30 mm 13×13 K2.5
8 31—46 mm 13×13 K1.5
9 47—120 mm 13×13( K2—K1)
10 121—400 mm 18×18 ( K2—K1)
20×20 ( K2—K1)