超声波探头
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概论
在超声波检测过程中，超声波的发射和接收拾通过探头来实现的。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。
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）。
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。（为什么？）
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）。
应用举例
1.斜探头 近场N=a´b´COSb/plCOSa。 λ =CS/¦.
直探头近场N=D/4l。 λ=CL/¦.
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:³3N。
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）。
试块
※强调等效试块的作用。
1．常用试块的结构尺寸、各部位的用途，存在问题；（讲义附件8、10、13、18题答案）。
2．三角槽与线切割裂纹的区别； 3．立孔与工件中缺陷的比较：、
4．几种自制试块的使用方法；
A．奥氏体试块：
B．双孔法校准（主要用于纵波斜探头探伤,如螺栓）（讲义附件5、7题答案）。
计算公式：令h2/h1=n；
a=[n（t1+f/2）-（t2+f/2）]/(n-1) …… 1式
t1与t2为一 次声程分别发现h1与h2孔时的声程（包含a）；
COSb=h1/（t1+f/2-a），b=COSh1/（t1+f/2-a）；
tgb=K，K=tgCOSh1/（t1+f/2-a） …… 2式
b=（L2-nL1）/（n-1） …… 3式
C．外圆双孔法校准原理（外径f>100mm的工件周向探伤用）：
计算公式：q=（ - ）180/Rp …… 1式
…… 2式
j=Sin[Sinq（R-h2）/A¢B] …… 3式
b=Sin（R-h1）Sinj/R …… 4式
tgb=K=tgSin（R-h1）Sinj/R …… 5式
=ÐeR/57.3- …… 6式
Ðe=Ðj-Ðb.
D.双弧 单孔法校准（外径Φ<100mm的工件周向探伤用）:
(1)距离校准同CSK-ⅠA校圆弧;
(2).K值校准 b=COS[R2+(S+f/2)-(R-h)]/2R2(S+f/2) tgb=K
（讲义附件3、15题答案）。
探伤方法
1.曲线法;
2. 幅值法.[1]