超聲波探頭編輯本段以構(gòu)造分類

　　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

　　1.壓電應(yīng)變常數(shù)d33: 　　d33=Dt/U在壓電晶片上加U這么大的應(yīng)力,壓電晶片在厚度上發(fā)生了Dt的變化量,d33越大,發(fā)射靈敏度越高(82頁最下一行錯(cuò))。 　　2.壓電電壓常數(shù)g33: 　　g33=UP/P在壓電晶片上加P這么大的應(yīng)力.在壓電晶片上產(chǎn)生UP這么大的電壓,g33越大,接收靈敏度越高。 　　3.介電常數(shù)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(shí)間短.頻率高。 　　4.機(jī)電偶合系數(shù)K: 　　表示壓電材料機(jī)械能(聲能)與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。 　　對(duì)于正壓電效應(yīng):K=轉(zhuǎn)換的電能/輸入的機(jī)械能。 　　對(duì)于逆壓電效應(yīng):K=轉(zhuǎn)換的機(jī)械能/輸入的電能. 　　晶片振動(dòng)時(shí),厚度和徑向兩個(gè)方向同時(shí)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(qū)增大,發(fā)射脈沖變寬.(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(duì)焊寬度: 2.00MM補(bǔ)償: -02 dB 　　判廢: +05dB定量: -03dB評(píng)定: -09 dB 　　焊口編號(hào): 0000缺陷編號(hào): 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(duì)焊寬度: 2.00 MM補(bǔ)償: -02 dB 　　判廢: +05 dB定量: -03 dB評(píng)定: -09 dB 　　焊口編號(hào): 0000缺陷編號(hào): 1.檢測日期: 05.03.09 　　5.機(jī)械品質(zhì)因子qm: 　　qm=E貯/E損,壓電晶片諧振時(shí),貯存的機(jī)械能與在一個(gè)周期內(nèi)(變形、恢復(fù))損耗的能量之比稱……損耗主要是分子內(nèi)摩擦引起的。 　　qm大,損耗小,振動(dòng)時(shí)間長,脈沖寬度大,分辨力低。 　　qm小,損耗大,振動(dòng)時(shí)間短,脈沖寬度小,分辨力高。 　　6.頻率常數(shù)Nt: 　　Nt=tf0,壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個(gè)常數(shù),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(yīng),只能在一定的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生,超過一定的溫度,壓電效應(yīng)就會(huì)消失,使壓電效應(yīng)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(xiàng)重要指標(biāo)：信噪比---有用信號(hào)與無用信號(hào)之比必須大于18 dB。(為什么？)編輯本段探頭型號(hào)

　　(應(yīng)注意的問題) 　　1.橫波探頭只報(bào)K值不報(bào)頻率和晶片尺寸。 　　2.雙晶探頭只報(bào)頻率和晶片尺寸不報(bào)F(菱形區(qū)對(duì)角線交點(diǎn)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)。編輯本段應(yīng)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(shí)聲束應(yīng)用范圍:1.64N-3N。 　　縱波探傷時(shí)聲束應(yīng)用范圍:³3N。 　　雙晶直探頭探傷時(shí),被檢工件厚度應(yīng)在F菱形區(qū)內(nèi)。 　　3.K值的確定應(yīng)能保證一次聲程的終點(diǎn)越過焊縫中心線，與焊縫中心 　　線的交點(diǎn)到被檢工件內(nèi)表面的距離應(yīng)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(diǎn)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(nèi)剩余近場長度)=N(探頭形成的近場長度)—N?(探頭內(nèi)部占有的近場長度) =axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,計(jì)算被檢工件內(nèi)部占有的近場長度。講義附件(14題答案)。 　　A.查教材54頁表: 　　材料K值1.0 1.5 2.0 2.5 3 有機(jī)玻璃COSb/ COSa 0.88 0.78 0.68 0.6 0.52 聚砜COSb/ COSa 0.83 0.704 0.6 0.51 0.44 有機(jī)玻璃tga /tgb 0.75 0.66 0.58 0.5 0.44 聚砜tga /tgb 0.62 0.52 0.44 0.38 0.33

　　COSb/COSa、tga/tgb與K值的關(guān)系 　　查表可知cosβ/cosα=0.6, tgα/tgβ=0.44,計(jì)算可知α=41.35°. 　　B.λ=Cs/?=3.24/5=0.65mm 　　C. 　　參考圖計(jì)算可知： 　　tgα=L1/4.5, L1=tg41.35°X4.5=0.88X4.5=3.96mm. 　　cosα=2.5/L2, L2=2.5/cos41.5°=2.5/0.751=3.33mm, 　　L=L1+L2=7.3mm, Ltgα/tgβ=7.3×0.44=3.21mm,(N?) 　　由(1)可知，IS=35.8mm, 2S=71.6mm 　　N=axbxcosβ/pxλxcosa=9×9×0.6/3.14×0.65=23.81mm, 　　1.64N=39.1mm, 3N=71.43mm. 　　工件內(nèi)部剩余的近場(N?)=N-N?=20.6mm(此范圍以內(nèi)均屬近場探傷). 　　(1.64N-N?)與IS比較, (3N-N?)與2S比較, 　　使用2.5P13X13K2探頭檢測16mm厚工件,1.64N與3N和5P9X9K2探頭基本相同,但使用中仍存在問題，2.5P9X9K2探頭存在什么問題？ 　　一.探傷過程中存在的典型問題: 　　不同探頭同一試塊的測量結(jié)果 　　反射體深度1#探頭2#探頭

　　橫波折射角聲程橫波折射角聲程mm ( ) mm ( ) mm 20 21.7 21.7 32.8 24.3 40 24.4 45.0 32.5 49.8 60 25.8 70 30.9 75.6 80 28.9 101.8 29.1 102.0

　　注:1.晶片尺寸13´13 2.晶片尺寸10´20. 　　試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):同一探頭(入射角不變)在不同深度反射體上測得的橫波折射角不同,進(jìn)一步試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),折射角的變化趨勢與晶片的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān),對(duì)不同結(jié)構(gòu)尺寸的晶片,折射角的變化趨勢不同,甚至完全相反,而對(duì)同一 　　晶片,改變探頭縱波入射角,其折射角變化趨勢基本不變,上表是兩個(gè)晶片尺寸不同的探頭在同一試塊上測量的結(jié)果. 　　1#探頭聲束中心軌跡2#探頭聲束中心軌跡 　　1.縱波與橫波探頭概念不清. 　　第一臨界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbL/CL2,當(dāng)CL2>CL1時(shí),bL>aL,隨著aL增加,bL也增加,當(dāng)aL增加到一定程度時(shí),bL=90,這時(shí)所對(duì)應(yīng)的縱波入射角稱為第一臨界角aI, 　　aI=SinCL1/CL2=Sin2730/5900=27.6,當(dāng)aLCL1時(shí),bS>aL,隨著aL增加,bS也增加,當(dāng)aL增加一定程度時(shí),bS=90,這時(shí)所對(duì)應(yīng)的縱波入射角稱為第二臨界角aⅡ.aⅡ=SinCL1/CS2=Sin2730/3240=57.7.當(dāng)aL=aI--aⅡ時(shí),第二介質(zhì)中只有折射橫波S,沒有折射縱波L,常用橫波探頭的制作原理。 　　利用折射定律判斷1#探頭是否為橫波探頭。 　　A.存橫波探傷的條件:Sin27.6/2730=Sinb/3240, 　　Sinb=Sin27.6´3240/2730=0.55,b=33.36,K=0.66。 　　B.折射角為21.7時(shí)： 　　Sina/2730=Sin21.7/3240,Sina=Sin21.7´2730/3240,a=18.15, 　　小于第一臨界角27.6。 　　折射角為28.9時(shí)： 　　Sina/2730=Sin28.9/3240,Sina= Sin28.9´2730/3240,a=24,也小于第一臨界角27.6。 　　C.如何解釋1#探頭隨反射體深度增加,折射角逐漸增大的現(xiàn)象,由A、B 　　可知,1#探頭實(shí)際為縱波斜探頭,同樣存在上半擴(kuò)散角與下半擴(kuò)散角,而且上半擴(kuò)散角大于下半擴(kuò)散角。(講義附件9題答案)。 　　縱波入射角aL由0逐漸向第一臨界角aI(27.6)增加時(shí),第二介質(zhì)中的縱波能量逐漸減弱,橫波能量逐漸增強(qiáng),在聲束的一定范圍內(nèi),q下區(qū)域內(nèi)的縱波能量大于q上區(qū)域內(nèi)的縱波能量,探測不同深度的孔,實(shí)際上是由q下區(qū)域內(nèi)的縱波分量獲得反射回波最高點(diǎn)。 　　由超聲場橫截面聲壓分布情況來看,A點(diǎn)聲壓在下半擴(kuò)散角之內(nèi),B點(diǎn)聲壓在上半擴(kuò)散角之內(nèi),且A點(diǎn)聲壓高于B點(diǎn)聲壓。再以近場長度N的概念來分析,2.5P 13´13 K1探頭N=36.5mm,由此可知反射體深度20mm時(shí),聲程約21.7mm,b=21.7時(shí)N=40.07mm為近場探傷。 　　在近場內(nèi)隨著反射體深度增加聲程增大,A點(diǎn)與B點(diǎn)的能量逐漸向C點(diǎn)增加,折射角度小的探頭角度逐漸增大,折射角度大的探頭角度逐漸減少。 　　2.盲目追求短前沿: 　　以2.5P 13´13 K2探頭為例,b=15mm與b=11mm,斜楔為有機(jī)玻璃材料; 　　(1).檢測20mm厚,X口對(duì)接焊縫,缺陷為焊縫層間未焊透. 　　(2).信噪比的關(guān)系:有用波與雜波幅度之比必須大于18dB. 　　(3).為什么一次標(biāo)記點(diǎn)與二次標(biāo)記點(diǎn)之間有固定波？ 　　由54頁表可知：COSb/COSa=0.68，K2探頭b=63.44°， 　　COS63.44°=0.447，COSa=0.447/0.68=0.66， 　　COSa=6.5/LX，前沿LX=6.5/0.66=9.85mm。(講義附件6題答案)。 　　3.如何正確選擇雙晶直探頭: 　　(1).構(gòu)造、聲場形狀、菱形區(qū)的選擇; 　　(2).用途:為避開近場區(qū),主要檢測薄板工件中面積形缺陷. 　　(3).發(fā)射晶片聯(lián)接儀器R口,接收晶片聯(lián)接T口(匹配線圈的作用). 　　4.探頭應(yīng)用舉例: 　　二.超聲波探頭的工作原理: 　　1.通過壓電效應(yīng)發(fā)射、接收超聲波。 　　2.640V的交變電壓加至壓電晶片銀層，使面積相同間隔一定距離的兩塊金屬極板分別帶上等量異種電荷形成電場，有電場就存在電場力，壓電晶片處在電場中，在電場力的作用下發(fā)生形變，在交變電場力的作用下，發(fā)生變形的效應(yīng)，稱為逆壓電效應(yīng)，也是發(fā)射超聲波的過程。 　　3.超聲波是機(jī)械波，機(jī)械波是由振動(dòng)產(chǎn)生的，超聲波發(fā)現(xiàn)缺陷引起缺陷振動(dòng)，其中一部分沿原路返回，由于超聲波具有一定的能量，再作用到壓電晶體上，使壓電晶體在交變拉、壓力作用下產(chǎn)生交變電場，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)，是接收超聲波的過程。正、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。