超聲檢測設(shè)備與器材(編輯修改稿)
2025-05-29 03:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 諧振波增多，發(fā)射脈沖變寬。 ? 機(jī)械品質(zhì)因子 θm ? 機(jī)械品質(zhì)因子 θm表示壓電晶片在諧振時儲存的機(jī)械能 E儲 與一個周期內(nèi)損耗的能量 E損 之比。 ? Θm=E儲 /E損 ? 壓電晶片振動損耗的能量主要是由內(nèi)磨擦引起的， θm對分辨力有較大影響， θm大，損耗小，晶片振動持續(xù)時間長，脈沖寬度大，分辨力低，反之， θm小，表示損耗大，脈沖寬度小，分辨力高。 ? 頻率常數(shù) N ? Nt=tf0=CL/2 t—晶片厚度； f0—晶片固有諧振頻率， CL—晶片中縱波波速。 ? 壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數(shù)，這個常數(shù)叫做壓電晶片的頻率常數(shù)。由上式可知，制作高頻探頭時，晶片厚度較小，制作低頻探頭時，晶片厚度較大。 發(fā)射超聲波的頻率主要取決于晶片的厚度和晶片中的聲速。 ? 居里溫度 TC ? 壓電材料的壓電效應(yīng)與溫度有關(guān)，它只能在一定溫度內(nèi)產(chǎn)生，超過一定溫度，壓電效應(yīng)就會消失。 使壓電材料壓電效應(yīng)消失的溫度稱為壓電材料的居里溫度。 ? 綜上所述，為了使超聲波探頭具有所要求的性能， 超聲波探頭對晶片的一般要求是： ? ⑴ 機(jī)電耦合系數(shù) K較大，以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率； ? ⑵ 機(jī)械品質(zhì)因子 θm較小，以獲得較高的分辨力和較小盲區(qū)； ? ⑶ 壓電應(yīng)變常數(shù) d33和壓電電壓常數(shù) g33較大，以獲得較高的發(fā)射靈敏度和接收靈敏度。 ? ⑷ 頻率常數(shù) N較大，介電常數(shù) ε較小，以獲得較高的頻率。 ? ⑸ 居里溫度 TC較高，聲阻抗 Z適當(dāng)。 ? 三 、 探頭的結(jié)構(gòu) ? 超聲波探頭一般由壓電晶片、阻尼塊、接頭、電纜線、保護(hù)膜和外殼組成 。 如圖 。 ? 它們的作用是： ? 壓電晶片的作用是發(fā)射和接收超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲能轉(zhuǎn)換。 ? 阻尼塊的作用一是對壓電晶片的振動起阻尼作用，從而減小脈沖寬度，提高分辨力，二是吸收晶片向背面發(fā)射的超聲波，三是對晶片起支承作用。 ? 保護(hù)膜的作用是保護(hù)壓電晶片，不致磨損或損壞 ? 斜楔是斜探頭中為了使超聲波傾斜入射到檢測面而裝在晶片前面的楔塊。其作用一是保證晶片發(fā)射的超聲波按設(shè)定的傾斜角傾斜入射到斜楔與工件的界面上，從而產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換，以便在工件內(nèi)形成特定波型和角度的聲束。二是對晶片起保護(hù)作用。 ? 四、探頭的種類 ? 按波型不同可分為：縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭、板波探頭等 ? 按耦合方式可分為：接觸式探頭和液浸探頭； ? 按波束形狀可分為聚焦探頭和非聚焦探頭； ? 按晶片數(shù)不同可分為單晶探頭和雙晶探頭 。 ? 直探頭：直探頭用于發(fā)射和接收縱波，所以也叫縱波探頭。其主要參數(shù)是頻率和晶片直徑。直探頭主要用于檢測與檢測面平行或近似平行的缺陷。用于對板材、鍛件等工件的檢測。 ? 斜探頭：可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭和可變角探頭。用得最多的是橫波斜探頭（ aⅠ ＜ aL＜ aⅡ ）。斜探頭的主要參數(shù)是頻率、晶片尺寸、 K值或角度、入射點(diǎn)（前沿長度）等，主要用于檢測與探測面垂直或成一定角度的缺陷。用于對焊縫、汽輪機(jī)葉輪等工件的檢測 。 ? 雙晶探頭（分割探頭）：雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波，一塊用于接收超聲波 ,中間夾有隔聲層。發(fā)射晶片用發(fā)射靈敏度高的壓電材料制成，接收晶片用接收靈敏度高的壓電晶片制成，這樣，探頭發(fā)射和接收靈敏度都高。雙晶探頭的主要參數(shù)為頻率、晶片尺寸和聲束匯集區(qū)的范圍。 ? 雙晶探頭的優(yōu)點(diǎn)： ? ⑴靈敏度高 ? ⑵雜波少盲區(qū)小 ? ⑶工件中近場區(qū)長度小 ? ⑷檢測范圍可調(diào) ? 由于雙晶探頭的上特點(diǎn)， 雙晶探頭主要用于檢測近表面缺陷和已知缺陷的定點(diǎn)測量， 主要用于對較薄工作的縱波檢測。如 JB/T4730標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，板厚為 6～ 20mm的板材超聲檢測，應(yīng)先用 5MHz的雙晶直探頭。 ? 聚焦探頭：聚焦探頭是利用超聲波在介面上產(chǎn)生折射的原理，使探頭發(fā)現(xiàn)的超聲波束在工件的某處聚集的一種探頭。根據(jù)聚焦方式不同，可分為點(diǎn)聚焦和線聚焦。點(diǎn)聚焦的理想焦點(diǎn)為一個點(diǎn)，其聲透鏡為球面，線聚焦的理想焦點(diǎn)為一條線，其聲透鏡為柱面。 聚焦探頭的主要參數(shù)是頻率、晶片尺寸和焦距。 聚焦探頭可分為接觸式聚焦探頭和水浸聚焦探頭。 ? 水浸聚焦探頭的焦距 F與聲透鏡的曲率半徑 r的關(guān)系為： ? F=C1r/（ C1C2） =nr/（ n1） ? 聚焦探頭檢測工件時，實(shí)際焦距會變小 ? F‘=FL（ C3/C21） ? 水層厚度為： ? H=FLC3/C2 ? 式中： ? n=C1/C2， ? C C C3分別為聲透鏡、 水、工件中聲速。 ? L為焦點(diǎn)至工作表面的距離。 ? 五、探頭型號 ? 探頭型號表示方法一般由基本頻率、晶片材料、晶片尺寸、探頭種類、探頭特征五個部分組成，其排列順序如下： ? 基本頻率 →晶片材料 →晶片尺寸 →探頭種類 →探頭特征 ? 基本頻率：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為 MHz； ? 晶片材料：用化學(xué)元素縮寫符號表示； ? 晶片尺寸：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為 mm， 其中圓晶片用直徑表示；矩形晶片用長 寬表示；雙晶探頭為圓形的，用分隔前的直徑表示，兩個矩形晶片長 寬 2表示。 壓電晶片材料 代號 壓電晶片材料 代號 鋯鈦酸鉛陶瓷 P 鈦酸鋇陶瓷 B 鈦酸鉛陶瓷 T 鈮酸鋰單晶 L 碘酸鋰單晶 I 石英單晶 Q 其它壓電材料 N
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