超聲波探傷設(shè)備-超聲波探頭

超聲波探頭CONTENTS目錄一、超聲波探頭的工作原理二、超聲波探頭的分類三、超聲波探頭的結(jié)構(gòu)組成探頭：以超聲換能器為主要元件組裝成具有一定特性的超聲發(fā)射、接收器件。超聲波探頭是組成超聲檢測系統(tǒng)的最重要的組件之一。探頭的性能直接影響超聲檢測的能力和效果。超聲換能器：將其他形式能量轉(zhuǎn)換成超音頻振動形式能量的器件可用來發(fā)射超聲波，具有可逆效應(yīng)時又可用來接收超聲波。壓電晶片作用：將電能轉(zhuǎn)換成聲能，并將聲能轉(zhuǎn)換成電能。正壓電效應(yīng)（聲能→電能）：某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生交變電場的效應(yīng)；逆壓電效應(yīng)（電能→聲能）：當晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)。壓電效應(yīng)：正、逆壓電效應(yīng)的統(tǒng)稱。壓電材料：具有壓電效應(yīng)的單晶和多晶材料。多晶材料又稱壓電陶瓷。超聲波探頭

按波形分按頻譜分按晶片數(shù)分板波探頭縱波探頭寬頻探頭窄頻探頭單晶片探頭雙晶片探頭多晶片探頭橫波探頭表面波探頭按耦合方式分直接接觸探頭間接接觸探頭（液水浸探頭）按波的傳播方向分直探頭斜探頭可變角探頭雙晶探頭（分割探頭）雙晶縱波探頭（αL＜αⅠ）雙晶橫波探頭（αL=αⅠ～αⅡ）靈敏度高、雜波少盲區(qū)小、工件中近場區(qū)長度小、探測范圍可調(diào)。雙晶探頭有分別用于發(fā)射和接收的兩塊壓電晶片，中間夾有隔聲層。分類結(jié)構(gòu)優(yōu)點主要用于：檢測近表面缺陷和已知缺陷的定點測量。主要參數(shù)：頻率、晶片尺寸和聲束匯聚區(qū)。雙晶片聲場重疊區(qū)域靈敏度最高,一般用于定向定位檢測。兩片晶片分別粘貼在軟木隔音層兩側(cè)的延遲塊上，分別用來發(fā)射和接收超聲波，其優(yōu)點是減少縱波單晶片探頭存在的阻塞，提高對近場區(qū)的探測能力，還可以調(diào)節(jié)兩延遲塊角度使聲束能力集中在所需區(qū)域。鋼軌探傷時所用的0°探頭是雙晶片直探頭，37°、70°和小角度（18°）探頭是雙晶片斜探頭。0°探頭與鋼軌探傷儀組合使用具有反射式和穿透式兩種探傷功能，主要用于檢測軌腰投影范圍內(nèi)的水平裂紋、縱向裂紋和有一定長度的斜裂紋。雙晶片斜探頭在鋼軌探傷中主要用于反射式探傷，70°探頭主要用于檢測鋼軌頭部橫向裂紋，如軌頭核傷；37°探頭主要用于檢測軌腰投影范圍內(nèi)的斜裂紋和與軌端或螺孔相連的水平裂紋。壓電換能器探頭由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護膜和外殼組成。斜探頭有一個使晶片與入射面成一定角度的斜楔塊。外殼接頭電纜線壓電晶片保護膜阻尼塊外殼電纜線斜楔吸聲材料阻尼塊壓電晶片接收和發(fā)射超聲波，實現(xiàn)電聲換能。晶片性能決定探頭性能。晶片的尺寸和頻率決定發(fā)射聲場的強度、距離波幅特性和指向性。晶片制作質(zhì)量關(guān)系到探頭的聲場對稱型、分辨力、信噪比等特性。1.壓電晶片壓電晶片單晶材料多晶陶瓷材料石英、硫酸鋰等鈦酸鋇、鈦酸鋁等與晶片或楔塊組合具有較高阻尼效率的塊狀物體稱為阻尼塊。阻尼塊由環(huán)氧樹脂和鎢粉等按一定比例配成的阻尼材料，對壓電晶片的慣性振動起阻尼作用，減少脈沖寬度和雜信號的干擾，提高分辨力；吸收晶片向背面發(fā)射的超聲波；對晶片起支承作用。2.阻尼塊和吸聲材料保護壓電晶片不致磨損和損壞。有硬質(zhì)保護膜（如陶瓷、金屬片等）和軟質(zhì)保護膜（如有機玻璃、聚氨酯薄膜、尼龍等）。硬質(zhì)保護膜雖然耐磨，但耦合條件要求高，透聲性能差；軟質(zhì)保護膜一般比硬質(zhì)保護膜的透聲性能高3~5倍，且具有良好的耦合條件。因此對探測面關(guān)潔度較差的工件多使用軟質(zhì)保護膜，鋼軌探傷使用的探頭保護膜一般選用尼龍1010材料，其衰減系數(shù)為5dB/cm左右，具有良好的透聲性。3.保護膜4.斜楔使超聲波傾斜入射到檢測面而裝在晶片前面的楔塊。斜探頭與直探頭的不同就是多了一塊透聲的斜楔塊。其作用一是產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換，將縱波轉(zhuǎn)換成橫波也可以轉(zhuǎn)換成表面波或板波，這取決于斜楔的傾角；二是使用斜楔內(nèi)多次反射波不返回晶片處，以減少雜波的干擾。常見楔塊的前部和上部的消聲槽就是減少雜波的措施之一。斜楔中的縱波波速須小于工件中的縱波波速。斜楔塊的采用材料是有機玻璃，它具有加工方便，衰減系數(shù)適宜的優(yōu)點。試塊CONTENTS目錄一、試塊的用途二、標準試塊三、對比試塊四、專用試塊試塊是按一定的用途設(shè)計制造的、具有簡單形狀的人工反射體的試件。它是超聲波探傷中不可缺少的工具。主要用途有以下幾點：1.確定和校驗探傷靈敏度。2.調(diào)節(jié)儀器的探測范圍，確定缺陷的位置。3.評估缺陷大小，對被探工件評級或判廢。4.校驗和測定儀器和探頭的綜合性能（包括組合靈敏度、垂直線性、水平線性、盲區(qū)、分辨力和距離幅度特性等）。5.測量材料衰減系數(shù)和確定耦合補償?！镌噳K根據(jù)檢定部門和使用環(huán)境可分為標準試塊、對比和專用試塊三類。標準試塊是指材料、形狀、尺寸及性能均經(jīng)主管機關(guān)或權(quán)威機構(gòu)檢定的試塊，用于對超聲檢測裝置或系統(tǒng)的性能測試及靈敏度的調(diào)整（ⅡW試塊是荷蘭人在1955年首先提出，1958年焊接學(xué)會通過的標準試塊，故又稱荷蘭試塊）。現(xiàn)將鋼軌探傷工作中常用的國家標準試塊簡介如下：二、標準試塊該試塊是國家TB1152-81規(guī)定的試塊，它與國際標準試塊ⅡW相比有以下三處不同，一是將R100圓曲改為R50、R100階梯圓曲面，可同時獲得兩個放射回波，校正橫波掃描速度；二是將φ50孔改為φ40、44、50臺階孔，有利于測定斜探頭的分辨率；三是將折射角改為K值。1、CSK-ⅠA試塊CSK-1A試塊IIW試塊二、標準試塊其用途有：①利用厚度25mm和高度100mm，測定探傷儀的水平、垂直線性、動態(tài)范圍和調(diào)整縱波探測范圍。②利用R50和R100調(diào)整橫波探測范圍或測定斜探頭入射點（前沿長度）③利用高度85，91’100mm測定直探頭分辨率；利用φ40、44、50曲面測定斜探頭分辨率④利用φ50曲面和φ1.5橫孔測定斜探頭K值。⑤利用φ50有機玻璃塊測定直探頭和穿透力。⑥利用試塊直角棱邊測定斜探頭的聲軸偏斜角。1、CSK-ⅠA試塊二、標準試塊2、SH-1型半圓試塊*該試塊最大的優(yōu)點是體積小攜帶方便。可調(diào)整探測范圍，測定儀器的水平線性、垂直線性和動態(tài)范圍，測定斜探頭的入射點、折射角及調(diào)整探傷靈敏度。牛角試塊二、標準試塊其平底孔徑為φ2mm，常用于測試直探頭和儀器組合的靈敏度余量。225mm200mmφ2mm225mm200mmφ2mm3、CS-1-5試塊二、標準試塊★對比試塊是指調(diào)整超聲檢測系統(tǒng)靈敏度或比較缺陷大小的試塊。屬非標準試塊，一般采用和被檢測材料特性相似的材料制成。（1）WGT-3試塊該試塊主要用于測定斜探頭的距離幅度和斜楔內(nèi)反射回波幅度。也可以作為37°和70°探頭靈敏度余量的測定。（2）DB-H2試塊該試塊主要用于測定斜探頭和直探頭的距離幅度特性（3）階梯試塊該試塊主要用于測定0°探頭的距離幅度和阻塞特性。三、對比試塊★專用試塊是指專供鋼軌探傷靈敏度校驗用的試塊，按其作用也屬于對比試塊。（1）GTS-60試塊該試塊是鐵道部在全路推薦的對比試塊之一，主要用于鋼軌探傷儀各種探頭檢測性能的校驗①軌頭設(shè)有φ4平底孔和φ3橫孔，兩者都是檢驗70°探頭的探測性能②螺孔上線切割槽是檢驗0°和37°探頭的探測性能③軌腰上φ6橫通孔是檢驗0°探頭探測性能四、專用試塊（2）GTS-60加長試塊該試塊一套兩塊，分為A型和B型。測試軌的長度1.4m，加工時A型和B型兩根軌配套成一個自然鋼軌接頭，各種人工缺陷的方向及位置以軌縫為中心左右對稱，其中軌頭φ3橫孔，一根加工在內(nèi)側(cè)，一根加工在外側(cè)。（3）GTS-60C試塊GTS-60C試塊是新推出的鋼軌探傷實物試塊，除具有GTS－60加長測試軌的功能外，新增人工反射體的作用如下：四、專用試塊軌頭顎部增加了一個4mm錐底孔，用于校驗70°探頭一次波探傷靈敏度。01軌底部增加了一個10mm錐底孔，用于校驗0°探頭失波探傷靈敏度。02軌底部原來1處橫向裂紋增加到3處，除了用于校驗37°探頭探傷靈敏度外，還可用于制作軌底橫向裂紋距離波幅曲線。03軌端部增加三個Φ4mm平底孔，用于校驗焊縫探傷（單、雙探頭法）靈敏度。04四、專用試塊（4）GHT-1試塊該試塊共鉆有13個Φ3mm、深為40mm的平底孔，主要用于60kg/m鋼軌焊縫探傷雙斜探頭K型或串列式探傷靈敏度的校準。（5）GHT-5試塊該試