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超聲波探傷儀各探頭應(yīng)該如何選擇及使用

1.直探頭


  直探頭也稱平探頭,可發(fā)射及接受縱波。直探頭主要由壓電晶片、阻尼塊(吸收塊)及保護(hù)膜組成。


  (1)壓電晶片壓電晶片的厚度與超聲頻率成反比。例如鋯鈦酸鉛(PZT-5)的頻率厚度常數(shù)為1890千赫/毫米,晶片厚度為1毫米時(shí),自然頻率為1.89兆赫,厚度為0.7毫米時(shí),自然頻率約2.5兆赫。電壓晶片的直徑與擴(kuò)散角成反比。電壓晶片兩面敷有銀層,作為導(dǎo)電的極板,晶片底面接地線,晶片上面接導(dǎo)線引至電路上。


  (2)保護(hù)膜直探頭為避免晶片與工件直接接觸而磨損晶片,在晶片下粘合一層保護(hù)膜,有軟性保護(hù)和硬性保護(hù)兩種。軟性的可用塑料薄膜(厚約0.3毫米),與表面粗糙的工件接觸較好。硬性可用不銹鋼片或陶瓷片。保護(hù)膜的厚度為二分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍,聲波穿透率zui大。厚度為四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),穿透率zui小。晶片與保護(hù)膜粘合后,探頭的諧振頻率將降低。保護(hù)膜與晶片粘合時(shí),粘合層應(yīng)盡可能的薄,不得滲入空氣。粘合劑的配方為 618環(huán)氧樹脂:二乙烯三胺:鄰苯二甲酸二丁酯=100:8:10 粘合后加一定的壓力,放置24小時(shí),再在60℃~80℃溫度下烘干4小時(shí)。


  (3)阻尼塊阻尼塊又名吸收塊,其作用為降低降低晶片的機(jī)械品質(zhì)系數(shù),吸收聲能量。如果沒有阻尼塊,電振蕩脈沖停止時(shí),壓電晶片因慣性作用,仍繼續(xù)振動(dòng),加長(zhǎng)了超聲波的脈沖寬度,使盲區(qū)增大,分辨力差。吸收塊的聲阻抗等于晶片的聲阻抗時(shí),效果zui佳,常用的吸收快配方如下鎢粉:環(huán)氧樹脂:二乙烯三胺(硬化劑):鄰苯二甲酸二丁酯(增塑劑)=35克:10克:0.5克:1克為使晶片和阻尼塊粘合良好,在灌澆前先用丙酮清洗晶片和晶片座表面,并加熱至60℃~80℃再行灌澆。環(huán)氧樹脂和鎢粉應(yīng)充分混合均勻。灌澆后把探頭傾斜,使阻尼塊上表面傾斜20°左右,這樣可消除聲波在吸收塊上的發(fā)射,使熒光屏上雜波減少。


  2.斜探頭


  超聲波探傷儀斜探頭可發(fā)射及接收橫波。斜探頭主要由壓電晶片、阻尼塊和斜楔塊組成。晶片產(chǎn)生縱波,經(jīng)斜楔傾斜入射到被測(cè)工件中,轉(zhuǎn)換為橫波。斜楔為有機(jī)玻璃,被測(cè)工件為鋼,斜探頭的角度(即入射角)在28°~61°之間時(shí),在鋼中可產(chǎn)生橫波。斜楔的形狀應(yīng)使聲波在斜楔中傳播時(shí)不得返回晶片,以免出現(xiàn)雜波。直探頭在液體中傾斜入射工件時(shí),也能產(chǎn)生橫波。


  3.表面波探頭


  表面探頭波可發(fā)射和接收表面波。表面波探頭是斜探頭的一個(gè)特例。當(dāng)入射角增大到某一角度,使在工件中橫波的折射角為90°時(shí),在工件中可產(chǎn)生表面波,直探頭在液體中傾斜入射工件時(shí),也能產(chǎn)生表面波。


  4.蘭姆波探頭


  可發(fā)射和接收蘭姆波,也是斜探頭的一個(gè)特例。當(dāng)入射角達(dá)到一定角度時(shí),在工件中產(chǎn)生蘭姆波,直探頭在液體中傾斜入射工件時(shí),也能產(chǎn)生蘭姆波。


  5.可變角探頭


  可變角探頭可連續(xù)改變?nèi)肷浣?,以產(chǎn)生縱波,橫波,表面波和蘭姆波。壓電晶片固定在半圓楔塊上,半圓楔快又置于大楔塊的圓洞內(nèi),空隙處注有油,以作導(dǎo)聲耦合劑。半圓楔塊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),入射角即改變。


  6.雙晶探頭


  超聲波探傷儀雙雙晶探頭,又稱組合探頭,兩塊壓電晶片裝在一個(gè)探頭架內(nèi),一個(gè)晶片發(fā)射,另一個(gè)接收。雙探頭發(fā)射及接收縱波,晶片下的延遲塊使聲波延遲一段時(shí)間后射入工件,這樣可探測(cè)近表面的缺陷并可提高分辨力。兩塊晶片有一傾角(一般約3°~18°),兩晶片聲場(chǎng)重合部分(陰影部分),是探傷靈敏度較高的部位。


  7.水浸探頭


  可在水中探傷,其結(jié)構(gòu)與直探頭相似,只是探頭較長(zhǎng),以便浸在水中,保護(hù)膜也可去掉。


  8.聚焦探頭


  可將超聲波聚集成一細(xì)束(線狀或點(diǎn)狀),在焦點(diǎn)處聲能集中,可提高探傷靈敏度及分辨力。聚焦探頭多用于液浸法自動(dòng)化探傷。探頭發(fā)射縱波,但在液體中傾斜入射到工件時(shí),由于入射角的不同,在工件中可產(chǎn)生橫波、表面波或蘭姆波,根據(jù)需要而定。超聲聚焦有二種方法:一種是將壓電晶片做成凹面,發(fā)射的聲波直接聚焦。


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