超声波探伤仪的基础知识

1.超声波探伤仪探头的选择。

在超声波探伤中，超声波的发射和接收是由探头可以实现的。有多种不同类型的探针。探伤前应根据被检物的形状、衰减和技术发展要求我们选择一个探头。探头的选择主要包括两个探头设计类型、频率、芯片工作尺寸、斜探头K值的选择。

1） 探头设计类型的选择   

常用的探头设计类型有纵波直探头、横波斜探头、表面波传感器探头、双晶探头、聚焦探头等。一般可以根据不同工件的形状和工件的位置和方向来进行选择一个探头的类型。可能导致出现的缺陷，使声束的轴线之间尽可能通过垂直于主要缺陷。   

纵波探头的光轴垂直于探测面，主要用于检测与探测面平行的锻件、钢夹层、折痕等缺陷。

横波斜探头主要用于检测焊缝中能与检测面形成一定垂直角度的缺陷，如未焊透、夹渣、熔化等缺陷。

表面波探头用于进行检测工件表面存在缺陷，双晶探头用于分析检测工件近表面质量缺陷，聚焦探头用于通过检测水中的管道或板材。

2） 探头频率的选择。

超声波探伤的频率在0.5 ~ 10 MHz之间，选择范围广。通常，选择频率时应考虑以下因素:

（1）由于波的衍射，超声波探伤的灵敏度约为波长的一半。因此，增加频率有助于检测较小的缺陷。

（2）高频、小脉宽、高分辨率有利于区分相邻缺陷。

（3）频率高波长短，半扩散角小，声束方向性好，能量进行集中，有利于控制缺陷可以发现和缺陷产品定位。

（4）高频、短波长和长近场区对探伤不利。

（5）随着频率的增加，衰减急剧增加。

从以上数据分析我们可以明显看出，频率对探伤的影响具有较大。频率高，灵敏度和分辨率高，方向性好，有利于探伤；但近场区长度大，衰减大，也不利于探伤。在实际探伤中，应充分发展分析问题考虑通过各种社会因素，合理设计选择使用频率。一般在保证探伤灵敏度的前提下，尽量自己选择一个较低的频率。  

对于晶粒细小的锻件、轧件和焊件，一般选用较高的频率，为2.5 ~ 5 MHz用于粗晶粒铸件、奥氏体钢等。，应选择较低的频率，通常为0.5 ~ 2.5 MHz。频率过高会造成严重衰减，屏幕上出现森林回波，信噪比下降，甚至无法探伤。

3）超声波探伤探头芯片尺寸的选择

芯片尺寸对探伤也有一定的影响。在选择晶圆大小时，应考虑以下因素:

（1）芯片进行尺寸不断增大，半扩散角减小，波束方向性变好，超声能量主要集中，有利于提高探伤。

（2）随着晶片尺寸的增大，近场区域的长度迅速增大，这对缺陷检测是不利的。

（3）芯片进行尺寸大，辐射超声能量大，探头非扩散区扫描工作范围大，远距离扫描技术范围相对较小，发现可以远距离缺陷的能力不断增强。

以上数据分析研究表明，芯片的尺寸对声束的指向性、近场区域的长度、近距离的扫描工作范围、远距离的缺陷进行检测技术能力发展都有一个较大的影响。在实际探伤中，对于探伤面积变化较大的工件，应使用大切屑探头，以提高探伤效率；对于大厚度工件，应使用大切屑探针，有效调查发现可以远距离缺陷；对于小工件，为了能够提高自身缺陷产品定位和定量计算精度，应使用小芯片作为探针；对于这些不平坦且曲率相对成本较低的工件，应使用小芯片探针，以减少企业耦合系统损耗。

4）横波斜头K值的选择

探头的 k 值对横波检测的灵敏度、梁轴的方向和初始波的距离（入射点到底反射点的距离）有很大的影响.K 值高，主波声音范围大。因此，在实际缺陷检测中，当工件厚度较小时，应选择较大的 k 值，以增加主波声距，避免近场探伤; 当工件厚度较大时，应选择较小的 k 值，以减小声过程引起的衰减，便于深部缺陷的检测。当检测到焊缝时，不能保证主声束能够扫描整个焊缝区域。K = 0.7 ~ 1.5，由于 k ＜ 0.7或 k ＞ 1.5，超声硬度计的端角反射很小，容易造成漏检。

2. 耦合   

超声耦合是指超声波在检测表面的声强透射比。声强传输高，超声波耦合性好。为了提高耦合效果，在探头和工件表面之间涂覆了一层称为耦合剂的传声介质。偶联剂的作用是去除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传递到工件上，达到探伤的目的偶联剂还能减少摩擦。

影响声耦合的主要经济因素有：耦合层的厚度、耦合剂的声阻抗、工件的表面进行粗糙度和工件的表面结构形状。

在实际缺陷检测中，当用于调整缺陷检测灵敏度的测试块与工件表面粗糙度和曲率半径不同时，由于测试块的耦合损耗较大，往往会降低检测灵敏度。工件。为了补偿耦合损耗，必须增加耦合损耗。大型仪器的输出用来补偿。