超聲波探傷儀各探頭選擇及使用

超聲波探傷儀探頭主要由壓電晶片組成。探頭可發(fā)射及接收超聲波。探頭由于其結(jié)構(gòu)的不同可分為直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、可變角探頭(縱波、橫波、表面波、蘭姆波)、雙探頭(一個(gè)探頭發(fā)射，另一個(gè)探頭接收)、聚焦探頭(將聲波聚集為一細(xì)束)、水浸探頭(可浸在液體中)以及其它專用探頭(如探高壓瓷瓶的S型或扁平探頭或探人體用的醫(yī)用探頭)等。

　　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。