超声波探伤中怎么选择超声波探伤仪探头?

     超声检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头的种类很多，结构型式也不一样。检测前应根据被检对象的形状、声学特点和技术要求来选择探头。探头的选择包括探头的型式、频率、带宽、晶片尺寸和横波斜探头K值的选择等。

1.探头型式的选择

     常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头、纵波斜探头、双晶探头、聚焦探头等。一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直

     纵波直探头波束轴线垂直于检测面，主要用于检测与检测面平行或近似平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。

     横波斜探头是通过波型转换来实现横波检测的。横波波长短，检测灵敏度高,主要用于检测与检测面垂直或成一定角度的缺陷，如焊缝中的未焊透、夹渣、裂纹、未熔合等缺陷。

     纵波斜探头主要是利用小角度的纵波进行检测，或在横波衰减过大的情况下,利用纵波穿透能力强的特点进行斜人射纵波检测。此时工件中既有纵波也有横波，使用时需注意横波千扰，可利用纵波和横波的速度不同加以识别。

     双晶探头用于检测薄壁工件或近表面缺陷。

     水浸聚焦探头可用于检测管材或板材;接触聚焦探头可有效提高信噪比,但检测范围较小，可用于已发现缺陷的精确定量等目的。

2．探头频率的选择

超声波检测频率一般在0.5～10 MHz之间，选择范围大。在选择频率时应明确以下几点:

(1）由于波的绕射，使超声波检测灵敏度约为会，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。

(2）频率越高，脉冲宽度越小，分辨力也就越高，有利于区分相邻缺陷且缺陷定位精度高。

(3）由θ₀=arcsin 1.22λ/D可知，频率高，波长越短,半扩散角就越小，声束指向性也就越好，能量集中，发现小缺陷的能力也就越强，但是相对的检测区域也就越小,仅能发现声束轴线附近的缺陷。

(4）由N=D²/4λ可知,频率高,近场区长度越大,对检测不利。

(5）由a₃=c₂Fd³f⁴可知，频率越高，衰减越大。对于金属材料，若频率过高或晶粒粗大时，衰减很显著，此时由于晶界的散射还会出现草状回波，信噪比下降，从而导致缺陷检出困难。

(6）对于面积状缺陷，如果频率太高则会形成显著的反射指向性，如果超声波不是近于垂直入射到面状缺陷表面上，在检测方向可能不会产生足够大的回波，检出率将会降低。

由以上分析可知，频率的高低对检测有较大的影响。实际检测中要全面分析考虑各方面的因素,合理选择频率以取得最佳平衡。

     一般而言，频率的选择可这样考虑:对于小缺陷、厚度不大的工件，宜选择较高频率;对于大厚度工件、高衰减材料，应选择较低频率。如对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率，常用2.5~10.0 MHz。对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用较低的频率,常用0.5～2.5 MHz。

3、探头带宽的选择

     探头发射的超声脉冲频率都不是单一的，而是有一定带宽的。宽带探头对应的脉冲宽度较小,深度分辨力好，盲区小,但由于探头使用的阻尼较大，通常灵敏度较低;窄带探头则脉冲较宽,深度分辨力变差，盲区大,但灵敏度较高,穿透能力强。

研究表明，宽带探头由于脉冲短,在材料内部散射噪声较高的情况下，具有比窄带探头信噪比好的优点。如对晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等宜选用宽带探头。

4.探头晶片尺寸的选择

     探头晶片面积一般不大于500 mm²，圆晶片直径一般不大于φ25 mm，晶片大小对检测也有一定的影响,选择晶片尺寸时要考虑以下因素。

(1）由θ₀=arcsin 1.22λ/D,可知,晶片尺寸越大,半扩散角将越小,波束指向性将越好，超声波能量就会越集中,这对声束轴线附近的缺陷检出十分有利。

(2）由N=D²4λ可知，随着晶片尺寸的增大，近场区长度也将迅速增大，这对检测不利。

(3）晶片尺寸越大,辐射的超声波能量也就越大，探头未扩散区扫奋范围也将变大，而远距离扫查范围相对就会变小,发现远距离缺陷的能力就会增强。

以上分析说明晶片大小对声束指向性，近场区长度、沂阳就扫态节围和远距离缺陷检出能力有较大影响。实际检测中，检测面积范围大的工件时，为了有效的发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。检测厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头。检测小型工件时,为了提高缺陷定位、定量精度宜选用小晶片探头。检测表面不太平整或曲率较大的工件时,为了减少耦合损失宜选用小晶片探头。

5．横波斜探头K值的选择

在横波检测中，探头的K值对缺陷检出率、检测灵敏度、声束轴线的方向，一次波的声程（入射点至底面反射点的距离）有较大的影响。由K=tanβ_s可知，K越值大，β_s也越大,一次波的声程也就越大。

因此在实际检测中，当工件厚度较小时，应选用较大的K值，以便增加一次波的声程,避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。

在焊缝检测中，K值的选择既要考虑到可能产生的缺陷与检测面形成的角度，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。为了检测单面焊根部是否焊透，还应考虑端角反射问题，使K=0.7～1.5，因为K<0.7或k>1.5，端角反射率很低，容易引起漏检。