【導(dǎo)讀】不少朋友在利用雙晶探頭對薄板母材探傷的過程中,咨詢?nèi)绾握_選擇和使用雙晶探頭探傷。本文分三個部分和大家一起探討“雙晶探頭的結(jié)構(gòu)和工作原理”、“如何正確選擇雙晶探頭”、“射頻檢波方式的表面探傷應(yīng)用”。
雙晶探頭的結(jié)構(gòu)和工作原理
一般來講,一個探頭殼體內(nèi)裝有兩個晶片的探頭我們稱之為雙晶探頭,又稱分割式探頭。由兩個縱波晶片組合成的雙晶探頭稱為縱波雙晶探頭,又稱雙晶直探頭;由兩個橫波晶片組成的雙晶探頭稱為橫波雙晶探頭,又稱雙晶斜探頭。這兩種雙晶探頭中,雙晶直探頭的應(yīng)用較為廣泛,以下以雙晶直探頭為例重點探討雙晶直探頭的結(jié)構(gòu)和工作原理:
雙晶直探頭的兩個縱波晶片一個用于發(fā)射超聲,一個用于接收超聲(圖一)。發(fā)射壓電晶片大都采用發(fā)射性能好的鋯鈦酸鉛,接收壓電晶片大都采用接收性能好的硫酸 鋰。區(qū)別于單晶探頭而言,雙晶探頭的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度都更高。雙晶探頭的兩個晶片之間有一片吸聲性強、絕緣性好的隔聲層,它不僅用于克服發(fā)射聲束與 反射聲束的相互干擾和阻塞,而且能使脈沖變窄、分辨率提高、消除發(fā)射晶片和延遲塊之間的反射雜波進入接收晶片,有效減少雜波。
由于雙晶探頭的發(fā)射部分和接收部分都帶有延遲塊,能使探傷盲區(qū)大幅減小,故雙晶探頭對表面缺陷的探傷十分有利。
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如何正確選擇雙晶探頭
a、探頭頻率的選擇
超聲的發(fā)射頻率在很大程度上決定了超聲波探傷的檢測能力。頻率高時,波長短,聲束指向性好,擴散角較小,能量集中,因而發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力則比較強、分辨力好、缺陷定位準(zhǔn)確。但高頻率超聲在材料中衰減較大,穿透能力較差,反之亦然。由于雙晶探頭適用于較薄工件的探傷,不需要較強的穿透力。因此可以采用較高頻率的探頭。對于鍛件,板材,棒材等晶粒細(xì)小的工件,可以采用5MHz的雙晶探頭 (若被檢工件表面較粗糙,高頻超聲散射較大,不易射入,則容易出現(xiàn)林狀回波)。對于晶粒粗大,超聲散射嚴(yán)重的材料,如奧斯體不銹鋼和鑄造件等,頻率高時, 也會出現(xiàn)晶界引起的林狀回波,致使無法探傷,對于這一類材料,建議選用1MHz~2.5MHz的低頻率雙晶探頭。
b、晶片尺寸的選擇
從 以上介紹的雙晶探頭的工作原理來看,雙晶探頭探傷主要取決于雙晶探頭的聲能集中區(qū),跟晶片的大小沒有直接的關(guān)系。雙晶探頭的晶片大小,只與工件探測面積的 大小有關(guān),當(dāng)檢測面積大時,為了提高探傷效率,宜采用晶片尺寸較大的探頭,如?14mm,20mm等。當(dāng)檢測面積較小,或者檢測面帶有一定曲率的情況 下,為了減少耦合損失宜用晶片尺寸小的探頭。
c、焦距的選擇
雙晶探頭的兩個晶片都有一定的傾斜角度。發(fā)射聲束與接收聲束必然會產(chǎn)生相交,形成棱形的區(qū)域,此區(qū)域即為探傷區(qū)域(圖二)。
處于棱形區(qū)的缺陷,其反射信號強,同時對于同樣大小的缺陷,位于棱形區(qū)中心時,反射信號最強。因此在實際探傷過程中,要根據(jù)被檢工件的厚度選取適當(dāng)?shù)慕咕?。焦距越小,則對薄工件的探傷越有利。一般來說,選擇雙晶探頭的焦距小于被檢工件厚度5~10mm左右。
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射頻檢波方法的表面探傷應(yīng)用
雙 晶探頭的探傷方法與直探頭基本相同,這里著重介紹利用雙晶探頭和數(shù)字超聲探傷儀的射頻檢波方式檢測表面缺陷。傳統(tǒng)超聲探傷儀的檢波方式大都為正弦波檢波或 者全波檢波,此兩種檢波方式在薄板探傷時,由于儀器設(shè)置聲程較小,反射波的根部較寬,對于同一個部位的多個缺陷不能明顯分辨。射頻檢波方式則可以有效解決 這一問題。下圖是利用射頻檢波方式檢測CSK-IA試塊上深度為15mm,直徑為Ø1.5mm的橫通孔的波形圖: