超声波探伤设备-超声波探头

超声波探头CONTENTS目录一、超声波探头的工作原理二、超声波探头的分类三、超声波探头的结构组成探头：以超声换能器为主要元件组装成具有一定特性的超声发射、接收器件。超声波探头是组成超声检测系统的最重要的组件之一。探头的性能直接影响超声检测的能力和效果。超声换能器：将其他形式能量转换成超音频振动形式能量的器件可用来发射超声波，具有可逆效应时又可用来接收超声波。压电晶片作用：将电能转换成声能，并将声能转换成电能。正压电效应（声能→电能）：某些晶体材料在交变拉压应力的作用下，产生交变电场的效应；逆压电效应（电能→声能）：当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应。压电效应：正、逆压电效应的统称。压电材料：具有压电效应的单晶和多晶材料。多晶材料又称压电陶瓷。超声波探头

按波形分按频谱分按晶片数分板波探头纵波探头宽频探头窄频探头单晶片探头双晶片探头多晶片探头横波探头表面波探头按耦合方式分直接接触探头间接接触探头（液水浸探头）按波的传播方向分直探头斜探头可变角探头双晶探头（分割探头）双晶纵波探头（αL＜αⅠ）双晶横波探头（αL=αⅠ～αⅡ）灵敏度高、杂波少盲区小、工件中近场区长度小、探测范围可调。双晶探头有分别用于发射和接收的两块压电晶片，中间夹有隔声层。分类结构优点主要用于：检测近表面缺陷和已知缺陷的定点测量。主要参数：频率、晶片尺寸和声束汇聚区。双晶片声场重叠区域灵敏度最高,一般用于定向定位检测。两片晶片分别粘贴在软木隔音层两侧的延迟块上，分别用来发射和接收超声波，其优点是减少纵波单晶片探头存在的阻塞，提高对近场区的探测能力，还可以调节两延迟块角度使声束能力集中在所需区域。钢轨探伤时所用的0°探头是双晶片直探头，37°、70°和小角度（18°）探头是双晶片斜探头。0°探头与钢轨探伤仪组合使用具有反射式和穿透式两种探伤功能，主要用于检测轨腰投影范围内的水平裂纹、纵向裂纹和有一定长度的斜裂纹。双晶片斜探头在钢轨探伤中主要用于反射式探伤，70°探头主要用于检测钢轨头部横向裂纹，如轨头核伤；37°探头主要用于检测轨腰投影范围内的斜裂纹和与轨端或螺孔相连的水平裂纹。压电换能器探头由压电晶片、阻尼块、接头、电缆线、保护膜和外壳组成。斜探头有一个使晶片与入射面成一定角度的斜楔块。外壳接头电缆线压电晶片保护膜阻尼块外壳电缆线斜楔吸声材料阻尼块压电晶片接收和发射超声波，实现电声换能。晶片性能决定探头性能。晶片的尺寸和频率决定发射声场的强度、距离波幅特性和指向性。晶片制作质量关系到探头的声场对称型、分辨力、信噪比等特性。1.压电晶片压电晶片单晶材料多晶陶瓷材料石英、硫酸锂等钛酸钡、钛酸铝等与晶片或楔块组合具有较高阻尼效率的块状物体称为阻尼块。阻尼块由环氧树脂和钨粉等按一定比例配成的阻尼材料，对压电晶片的惯性振动起阻尼作用，减少脉冲宽度和杂信号的干扰，提高分辨力；吸收晶片向背面发射的超声波；对晶片起支承作用。2.阻尼块和吸声材料保护压电晶片不致磨损和损坏。有硬质保护膜（如陶瓷、金属片等）和软质保护膜（如有机玻璃、聚氨酯薄膜、尼龙等）。硬质保护膜虽然耐磨，但耦合条件要求高，透声性能差；软质保护膜一般比硬质保护膜的透声性能高3~5倍，且具有良好的耦合条件。因此对探测面关洁度较差的工件多使用软质保护膜，钢轨探伤使用的探头保护膜一般选用尼龙1010材料，其衰减系数为5dB/cm左右，具有良好的透声性。3.保护膜4.斜楔使超声波倾斜入射到检测面而装在晶片前面的楔块。斜探头与直探头的不同就是多了一块透声的斜楔块。其作用一是产生波形转换，将纵波转换成横波也可以转换成表面波或板波，这取决于斜楔的倾角；二是使用斜楔内多次反射波不返回晶片处，以减少杂波的干扰。常见楔块的前部和上部的消声槽就是减少杂波的措施之一。斜楔中的纵波波速须小于工件中的纵波波速。斜楔块的采用材料是有机玻璃，它具有加工方便，衰减系数适宜的优点。试块CONTENTS目录一、试块的用途二、标准试块三、对比试块四、专用试块试块是按一定的用途设计制造的、具有简单形状的人工反射体的试件。它是超声波探伤中不可缺少的工具。主要用途有以下几点：1.确定和校验探伤灵敏度。2.调节仪器的探测范围，确定缺陷的位置。3.评估缺陷大小，对被探工件评级或判废。4.校验和测定仪器和探头的综合性能（包括组合灵敏度、垂直线性、水平线性、盲区、分辨力和距离幅度特性等）。5.测量材料衰减系数和确定耦合补偿。★试块根据检定部门和使用环境可分为标准试块、对比和专用试块三类。标准试块是指材料、形状、尺寸及性能均经主管机关或权威机构检定的试块，用于对超声检测装置或系统的性能测试及灵敏度的调整（ⅡW试块是荷兰人在1955年首先提出，1958年焊接学会通过的标准试块，故又称荷兰试块）。现将钢轨探伤工作中常用的国家标准试块简介如下：二、标准试块该试块是国家TB1152-81规定的试块，它与国际标准试块ⅡW相比有以下三处不同，一是将R100圆曲改为R50、R100阶梯圆曲面，可同时获得两个放射回波，校正横波扫描速度；二是将φ50孔改为φ40、44、50台阶孔，有利于测定斜探头的分辨率；三是将折射角改为K值。1、CSK-ⅠA试块CSK-1A试块IIW试块二、标准试块其用途有：①利用厚度25mm和高度100mm，测定探伤仪的水平、垂直线性、动态范围和调整纵波探测范围。②利用R50和R100调整横波探测范围或测定斜探头入射点（前沿长度）③利用高度85，91’100mm测定直探头分辨率；利用φ40、44、50曲面测定斜探头分辨率④利用φ50曲面和φ1.5横孔测定斜探头K值。⑤利用φ50有机玻璃块测定直探头和穿透力。⑥利用试块直角棱边测定斜探头的声轴偏斜角。1、CSK-ⅠA试块二、标准试块2、SH-1型半圆试块*该试块最大的优点是体积小携带方便。可调整探测范围，测定仪器的水平线性、垂直线性和动态范围，测定斜探头的入射点、折射角及调整探伤灵敏度。牛角试块二、标准试块其平底孔径为φ2mm，常用于测试直探头和仪器组合的灵敏度余量。225mm200mmφ2mm225mm200mmφ2mm3、CS-1-5试块二、标准试块★对比试块是指调整超声检测系统灵敏度或比较缺陷大小的试块。属非标准试块，一般采用和被检测材料特性相似的材料制成。（1）WGT-3试块该试块主要用于测定斜探头的距离幅度和斜楔内反射回波幅度。也可以作为37°和70°探头灵敏度余量的测定。（2）DB-H2试块该试块主要用于测定斜探头和直探头的距离幅度特性（3）阶梯试块该试块主要用于测定0°探头的距离幅度和阻塞特性。三、对比试块★专用试块是指专供钢轨探伤灵敏度校验用的试块，按其作用也属于对比试块。（1）GTS-60试块该试块是铁道部在全路推荐的对比试块之一，主要用于钢轨探伤仪各种探头检测性能的校验①轨头设有φ4平底孔和φ3横孔，两者都是检验70°探头的探测性能②螺孔上线切割槽是检验0°和37°探头的探测性能③轨腰上φ6横通孔是检验0°探头探测性能四、专用试块（2）GTS-60加长试块该试块一套两块，分为A型和B型。测试轨的长度1.4m，加工时A型和B型两根轨配套成一个自然钢轨接头，各种人工缺陷的方向及位置以轨缝为中心左右对称，其中轨头φ3横孔，一根加工在内侧，一根加工在外侧。（3）GTS-60C试块GTS-60C试块是新推出的钢轨探伤实物试块，除具有GTS－60加长测试轨的功能外，新增人工反射体的作用如下：四、专用试块轨头颚部增加了一个4mm锥底孔，用于校验70°探头一次波探伤灵敏度。01轨底部增加了一个10mm锥底孔，用于校验0°探头失波探伤灵敏度。02轨底部原来1处横向裂纹增加到3处，除了用于校验37°探头探伤灵敏度外，还可用于制作轨底横向裂纹距离波幅曲线。03轨端部增加三个Φ4mm平底孔，用于校验焊缝探伤（单、双探头法）灵敏度。04四、专用试块（4）GHT-1试块该试块共钻有13个Φ3mm、深为40mm的平底孔，主要用于60kg/m钢轨焊缝探伤双斜探头K型或串列式探伤灵敏度的校准。（5）GHT-5试块该试