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| 超聲波探頭 |
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中文名：超聲波探頭
斜探頭：單晶橫波斜探頭
直探頭：單晶縱波直探頭 雙晶縱波直探頭
帶曲率探頭：周向曲率 徑向曲率
概論
在超聲波檢測過程中，超聲波的發射和接收拾通過探頭來實現的。探頭的性能直接影響超聲波的特性，影響超聲波的檢測性能。
在超聲檢測中使用的探頭，是利用材料的壓電效應實現電能、聲能轉換的換能器。探頭中的關鍵部件是晶片，晶片是一個具有壓電效應的單晶或者多晶體薄片，它的作用是將電能和聲能互相轉換。
分類
1.直探頭: 單晶縱波直探頭 雙晶縱波直探頭
2.斜探頭: 單晶 橫波斜探頭a1<aL<aⅡ ， 雙晶橫波斜探頭
單晶 縱波斜探頭 aL<a1為小角度縱波斜探頭
aL在a1附近為爬波探頭 爬波探頭；沿工件表面傳輸的縱波，速度快、能量大、波長長、探測深度較表面波深，對工件表面光潔度要求較表面波松。（頻率2.5MHZ波長約2.4mm，講義附件11、12、17題部分答案）。
3.帶 曲率探頭: 周向曲率 徑向曲率。
周向曲率探頭適合---無縫鋼管、直縫焊管、筒型鍛件、軸類工件等軸向缺陷的檢測。工件直徑小於2000mm時為保證耦合良好探頭都需磨周向曲率。
徑向曲率探頭適合---無縫鋼管、鋼管對接焊縫、筒型鍛件、軸類工件等徑向缺陷的檢測。工件直徑小於600mm時為保證耦合良好探頭都需磨徑向曲率。
4.聚焦探頭: 點聚焦 線聚焦。
5. 表面波探頭:(當縱波入射角大於或等於第二 臨界角,既橫波折射角度等於90形成表面波).
沿工件表面傳輸的橫波，速度慢、能量低、波長短探測深度較 爬波淺，對工件表面光潔度要求較爬波嚴格。
第一章「波的類型」中學到：表面波探傷只能發現距工件表面兩倍波長深度內的缺陷。（頻率2.5MHZ波長約1.3mm，講義附件11、12題部分答案）。
性能參數
1.壓電應變常數d33:
d33=Dt/U在壓電晶片上加U這麼大的應力,壓電晶片在厚度上發生了Dt的變化量,d33越大,發射靈敏度越高。
2.壓電電壓常數g33:
g33=UP/P在壓電晶片上加P這麼大的應力.在壓電晶片上產生UP這麼大的電壓,g33越大,接收靈敏度越高。
3.介電常數e:
e=Ct/A[C-電容、t-極板距離(晶片厚度)、A-極板面積(晶片面積)];
C小→e小→充、放電時間短.頻率高。
4.機電偶合係數K:
表示壓電材料機械能( 聲能)與電能之間的 轉換效率。
對於 正壓電效應:K=轉換的 電能/輸入的機械能。
對於 逆壓電效應:K=轉換的機械能/輸入的電能.
晶片振動時,厚度和徑向兩個方向同時伸縮變形,厚度方向變形大,探測靈敏度高,徑向方向變形大,雜波多,分辨力降低,盲區增大,發射脈衝變寬.（講義附件16、19題部分答案）。
聲 速: 324.0 M/S 工件厚度: 16.00MM 探頭頻率: 2.500MC
探頭K值: 1.96 探頭前沿: 7.00MM 坡口類型: X
坡口角度: 60.00 對焊寬度: 2.00MM 補 償: -02 dB
判 廢: +05dB 定 量: -03dB 評 定: -09 dB
焊口編號: 0000 缺陷編號: 1. 檢測日期: 05.03.09
聲 速: 324.0 M/S 工件厚度: 16.00 MM 探頭頻率: 5.00 MC
探頭K值: 1.95 探頭前沿: 7.00 MM 坡口類型: X
坡口角度: 60.00 對焊寬度: 2.00 MM 補 償: -02 dB
判 廢: +05 dB 定 量: -03 dB 評 定: -09 dB
焊口編號: 0000 缺陷編號: 1. 檢測日期: 05.03.09
5.機械 品質因子qm:
qm=E貯/E損,壓電晶片諧振時,貯存的機械能與在一個周期內(變形、恢復)損耗的能量之比稱……損耗主要是分子 內摩擦引起的。
qm大,損耗小,振動時間長, 脈衝寬度大,分辨力低。
qm小,損耗大,振動時間短,脈衝寬度小,分辨力高。
6.頻率常數Nt:
Nt=tf0,壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數,晶片材料一定,厚度越小,頻率越高. （講義附件16、19題部分答案）。
7.居里溫度Tc:
壓電材料的 壓電效應,只能在一定的溫度範圍內產生,超過一定的溫度,壓電效應就會消失,使壓電效應消失的溫度稱居里溫度(主要是高溫影響)。
8．超聲波探頭的另一項重要指標： 信噪比---有用信號與無用信號之比必須大於18 dB。（為什麼？）
探頭型號
(應注意的問題)
1．橫波探頭只報K值不報頻率和晶片尺寸。
2．雙晶探頭只報頻率和晶片尺寸不報F(菱形區 對角線交點深度)值。
例：用雙晶直探頭檢12mm厚的板材，翼板厚度12mm的T型角焊縫，怎樣選F值？
講義附件（2題答案）。
應用舉例
1.斜探頭 近場N=a´b´COSb/plCOSa。 λ =CS/¦.
直探頭近場N=D/4l。 λ=CL/¦.
2. 橫波探傷時聲束應用範圍:1.64N-3N。
縱波探傷時聲束應用範圍:³3N。
雙晶直探頭探傷時,被檢工件厚度應在F菱形區內。
3.K值的確定應能保證一 次聲程的終點越過焊縫中心線，與焊縫中心
線的交點到被檢工件內表面的距離應為被檢工件厚度的三分之一。
4.檢測16mm厚的工件用5P 9×9 K2、2.5P9X9K2、2.5P13X13K2那一種探頭合適(聚峰斜楔).以5P9X9K2探頭為例。
(1).判斷一次聲程的終點能否越過焊縫中心線?
（焊縫余高全寬+前沿）/工件厚度
(2).利用公式：
N?(工件內剩餘 近場長度)=N(探頭形成的近場長度)—N?(探頭內部占有的近場長度) =axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,計算被檢工件內部占有的近場長度。講義附件（14題答案）。
試塊
※強調等效試塊的作用。
1．常用試塊的結構尺寸、各部位的用途，存在問題；（講義附件8、10、13、18題答案）。
2．三角槽與線切割裂紋的區別； 3．立孔與工件中缺陷的比較：、
4．幾種自製試塊的使用方法；
A．奧氏體試塊：
B．雙孔法校準（主要用於縱波斜探頭探傷,如螺栓）（講義附件5、7題答案）。
計算公式：令h2/h1=n；
a=[n（t1+f/2）-（t2+f/2）]/(n-1) …… 1式
t1與t2為一 次聲程分別發現h1與h2孔時的聲程（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．外圓雙孔法校準原理（外徑f>100mm的工件周向探傷用）：
計算公式：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.雙弧 單孔法校準（外徑Φ<100mm的工件周向探傷用）:
(1)距離校準同CSK-ⅠA校圓弧;
(2).K值校準 b=COS[R2+(S+f/2)-(R-h)]/2R2(S+f/2) tgb=K
（講義附件3、15題答案）。
探傷方法
1.曲線法;
2. 幅值法.[1]