超声波探伤仪探头的主要作用及其分类

WWW.SANMUKEYI.COM 三木科仪 2022-11-22 16:20:58  点击:

超声波探伤仪探头的主要作用及分类

     超声波探伤仪探头的主要作用:一是将返回来的声波转换成电脉冲;控制超声波的传播方向和能量集中的程度,当改变超声波探头入射角或改变超声波的扩散角时,可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性,提高分辨率;;三是实现波形转换;四是控制工作频率,适用于不同的工作条件。

     超声波探伤仪探头主要由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成。探头可发射及接收超声波。探头由于其结构的不同可分为直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、可变角探头(纵波、横波、表面波、兰姆波)、双晶探头(一个探头发射,另一个探头接收)、聚焦探头(将声波聚集为一细束)、水浸探头(可浸在液体中)以及其它专用探头(如探高压瓷瓶的S型或扁平探头或探人体用的医用探头)等。

1、超声波探伤仪探头之一:直探头

     直探头也称平探头,可发射及接受纵波。

     直探头主要由压电晶片、阻尼块(吸收块)及保护膜组成。

(1)压电晶片:压电晶片的厚度与超声频率成反比。例如锆钛酸铅(PZT-5)的频率厚度常数为1890千赫/毫米, 晶片厚度为1毫米时,自然频率为1.89兆赫,厚度为0.7毫米时,自然频率约2.5兆赫。电压晶片的直径与扩散角成反比。电压晶片两面敷有银层,作为导电的极板,晶片底面接地线,晶片上面接导线引至电路上。

(2)保护膜:直探头为避免晶片与工件直接接触而磨损晶片,在晶片下粘合一层保护膜,有软性保护和硬性保护 两种。软性的可用塑料薄膜(厚约0.3毫米),与表面粗糙的工件接触较好。硬性可用不锈钢片或陶瓷片。保护膜的厚度为二分之一波长的整数倍,声波穿透率最大。厚度为四分之一波长的奇数倍时,穿透率最小。晶片与保护膜粘合后,探头的谐振频率将降低。保护膜与晶片粘合时,粘合层应尽可能的薄,不得渗入空气。粘合剂的配方为 618环氧树脂:二乙烯三胺:邻苯二甲酸二丁酯=100:8:10 粘合后加一定的压力,放置24小时,再在60℃~80℃温度下烘干4小时。

(3)阻尼块:阻尼块又名吸收块,其作用为降低降低晶片的机械品质系数,吸收声能量。如果没有阻尼块,电振荡脉冲停止时,压电晶片因惯性作用,仍继续振动,加长了超声波的脉冲宽度,使盲区增大,分辨力差。吸收块的声阻抗等于晶片的声阻抗时,效果最佳,常用的吸收快配方如下 钨粉:环氧树脂:二乙烯三胺(硬化剂):邻苯二甲酸二丁酯(增塑剂)=35克:10克:0.5克:1克 为使晶片和阻尼块粘合良好,在灌浇前先用丙酮清洗晶片和晶片座表面,并加热至60℃~80℃再行灌浇。环氧树脂和钨粉应充分混合均匀。灌浇后把探头倾斜,使阻尼块上表面倾斜20°左右,这样可消除声波在吸收块上的发射,使荧光屏上杂波减少。

2、超声波探伤仪探头之二:斜探头

      斜探头可发射及接收横波。 斜探头主要由压电晶片、阻尼块和斜楔块组成。晶片产生纵波,经斜楔倾斜入射到被测工件中,转换为横波。斜楔为有机玻璃,被测工件为钢,斜探头的角度(即入射角)在28°~61°之间时,在钢中可产生横波。斜楔的形状应使声波在斜楔中传播时不得返回晶片,以免出现杂波。直探头在液体中倾斜入射工件时,也能产生横波。

3、超声波探伤仪探头之三:表面波探头

     表面探头可发射和接收表面波。

     表面波探头是斜探头的一个特例。当入射角增大到某一角度,使在工件中横波的折射角为90°时,在工件中可产生表面波,直探头在液体中倾斜入射工件时,也能产生表面波。

4、超声波探伤仪探头之四:兰姆波探头

      兰姆波探头可发射和接收兰姆波,也是斜探头的一个特例。当入射角达到一定角度时,在工件中产生兰姆波,直探头在液体中倾斜入射工件时,也能产生兰姆波。

5、超声波探伤仪探头之五:可变角探头

      可变角度探头,允许用户调节晶片的入射角度。可调节范围从 0度到 90度,随着晶片入射角度的改变,在被检测的工件中产生相应折射角的纵波,横波,表面波和兰姆波。压电晶片固定在半圆楔块上,半圆楔快又置于大楔块的圆洞内,空隙处注有油,以作导声耦合剂。半圆楔块转动时,入射角即改变。

6、超声波探伤仪探头之六:双晶探头

      双双晶探头,又称组合探头,两块压电晶片装在一个探头架内,一个晶片发射,另一个接收。双探头发射及接收纵波,晶片下的延迟块使声波延迟一段时间后射入工件,这样可探测近表面的缺陷并可提高分辨力。两块晶片有一倾角(一般约3°~18°),两晶片声场重合部分(阴影部分),是探伤灵敏度较高的部位。

7、超声波探伤仪探头之七:水浸探头

      水浸探头可在水中探伤,其结构与直探头相似,只是探头较长,以便浸在水中,保护膜也可去掉,由声透镜替代,前端为瓦状声透镜的是线聚焦探头,前端为球面声透镜的是点聚焦探头。探头发射纵波,但在液体中倾斜入射到工件时,由于入射角的不同,在工件中可产生横波、表面波或兰姆波,根据需要而定。

      水浸探头通常用于半自动或者自动化探伤系统中。工件和探头浸入水中,探头与工件的检测面之间保持一定距离的“水延迟”。探头并不直接接触工件,因此不规则的、几何形状复杂的或者表面粗糙的工件探伤成为可能。

8、超声波探伤仪探头之八:充水探头

      充水探头由水套、探头芯、水嘴等组成。工作方式为部分水浸式,只是将探头的声束发射/接收面浸入水中,通过水嘴将连续流动的水充入水套中,在探头芯与工件接触面形成薄薄的一层水膜作为耦合剂。

9、超声波探伤仪探头之九:聚焦探头

      聚焦探头可将超声波聚集成一细束(线状或点状),在焦点处声能集中,可提高探伤灵敏度及分辨力。聚焦探头多用于液浸法自动化探伤。探头发射纵波,但在液体中倾斜入射到工件时,由于入射角的不同,在工件中可产生横波、表面波或兰姆波,根据需要而定。

       超声聚焦有两种方法:一种是将压电晶片做成凹面,发射的声波直接聚焦,称为自聚焦探头;一种由直探头和声透镜组成,声透镜的作用就是实现波束聚焦,称为透镜聚焦探头。聚焦探头具有良好的方向性,适用于检测曲面零件缺陷和一定深度的缺陷。

10、超声波探伤仪探头之十:延迟块探头

      延迟块探头其结构与直探头相似,通过在探头下方加装延时块,以提供不同的超声波检测功能和选项。延时块根据需求设计,有可拆卸延迟块、表面保护膜和橡胶延时块等选项。

      带延迟块探头的主要功能是利用探头晶片与工件表面之间的时间延迟,这样能够提高表面分辨率。带延迟块探头设计用于高精度厚度的测量,超薄工件等应用材料和复合材料的分层检测,因此,常采用10MHz/15MHz/20MHz等高频率,超高频超声波探头需具备窄脉冲宽频的特性,在薄板金属构件或焊接接头超声检测中具有较高的精度和实用性。使用耐高温材料的延时块还可以制作成用于高温材料检测的高温超声波探头。

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