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超声波探头频率类型及材料要求

发布时间:2019-06-06 08:48
       首先我们简单介绍下超声波探头工作原理:单晶纵波超声探头工作类似高频机械振动的活塞,探头通过高频振动转为声波。在晶片被加上电压时,垂直于晶片表面的方向上会受到挤压从而变形。而当电压消失后,晶片会在微妙内反弹,从而会产生机械能脉冲,形成反复的高频超声波。

       超声波一般是在2万HZ以上才称为超声波,普通金属工件常用的探头频率是2.5MHz~5MHz,大多数工业超声检测在500kHz到20MHz频率范围内进行,因此大多数探头的频率处于这个范围内,频率范围在50 kHz以下,以及200MHz以上的商业探头也是有的。对于特殊工件,如铸件晶粒比较粗大的材料,可以选择频率稍微低点如2MHz或更低,有些灵敏度要求要求高的可选择5MHz以上频率,但频率越高衰减越厉害,分辨率和聚焦力度越高;频率越低,穿透力越强;1MHZ=1000KHZ=1000000HZ,赫兹是电、磁、声波和机械振动周期循环时频率的单位,HZ为每秒的周期次数(周期/秒)。

       我们在测量过程中,应该根据被检测对象的材料特质,选择适合自己的超声波探头,对于不同的被测材料可以根据下面的方法进行探头选择:
1、频率选择:对较厚的工件、粗晶材料或探测表面粗糙的工件,我们可以选择较低频率,频率低,波长长,适应性好;对较薄工件、细晶粒材料或对小缺陷检出要求高的工件,我们可以选择较高频率,高频率的探头,发射的超声波波长短,穿透性更强。当有裂纹这类面状缺陷时,超声波有显著的反射指向性,如果超声波不是近似于垂直人射,在探头方向上就不会产生足够大的回波用于接收,而且对于探头的频率越高,这种现象越显著,所以应避免使用不必要的高频。一般来说,频率上限由衰减和草状回波信噪比决定,下限由检出灵敏度、脉冲宽度和指向性决定。
2、晶片尺寸:晶片尺寸越大其发射的能量越大,扩散角小,远距离探测灵敏度髙,所以非常适用于大型工件探伤;而晶片尺寸小,近距离范围声束窄,有利于缺陷定位,对于凹凸度大、曲率半径小的工件也适用与小尺寸的探头。
3、探头角度选择:我们应尽量使声束相对于缺陷垂直人射角。钢板、锻件内缺陷多平行于表面,常选用直探头。焊缝中危险性缺陷多垂直于表面,常选用斜探头。
4、其他探头选择:探测平行于探测面的近表面缺陷用双晶直探头;探测薄壁管焊缝根部缺陷用双晶斜探头;探测管材、棒材用水浸聚焦探头;探测薄板W<6mm)用板波探头;用延时法检测表面裂纹深度用表面波探头;探测奥氏体不锈钢焊缝用纵波斜探头;探测角焊缝近表面缺陷和层状撕裂用爬波探头;为实现声能集中,有利于缺陷定位,用点聚焦或线聚焦探头;

超声波探头

超声波探头

超声波探伤所用探头的晶片材料要求如下:
(1)材料厚度方向机电耦合系数Kt要大,径向机电耦合系数Kp要小,即Kt/Kp值要大,从而获得较高的转换效率,有利于提高探测灵敏度和信噪比。
(2)材料机械品质因子宜小一些,使晶片在激励后能很快回到静止状态,使声脉冲持续时间尽可能短,有利于提髙纵向分辨力,减小盲区。
(3)晶片激励后所产生的声脉冲应具有良好的波形,其频谱包络线应接近于高斯曲线,有利于改善近场区的声压分布。
(4)晶片材料与被检材料声阻抗应尽量接近,在水浸探伤时,晶片材料与水的声阻抗应尽量接近,以利于阻抗匹配。
(5)对一发一收探头,应选择压电应变常数d33大的材料做发射晶片,选择压电电压常数g33大的材料做接收晶片。
(6)高温探伤应选择居里点高的材料做晶片。
(7)制造大尺寸探头应选择介电常数e小的材料做晶片。

       通过了解超声波探头晶片材料的知识,能够帮助您更好的了解超声波探头的选择,提高测量的精度和效率。超声波探头频率类型及材料要求就为您讲解到这里。

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