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超聲波檢測之雙晶探頭
超聲波檢測之雙晶探頭
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，雙晶直探頭的應用較為廣泛。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。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。（見下圖）
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。
正確選擇雙晶探頭
1、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。
2、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。當檢測面積較小，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。
3、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。菱形區(qū)愈長，焦距愈大，探測深度愈深，適合厚工件的探傷檢驗，菱形區(qū)愈短，焦距愈小，探測深度愈淺，適合薄工件的探傷。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。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?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。雙晶探頭的探傷靈敏度先隨缺陷的深度增加而增高，到達大值后又隨深度增加而下降田，這種探傷靈敏度的變化是雙晶探頭的特點。
雙晶直探頭板材檢測
1、探頭的選擇
板厚≤60mm厚的鋼板可選用雙晶直探頭，探傷的目的就是掃查出缺陷在整個厚度范圍內(nèi)的位置以及在板面上的分布，根據(jù)缺陷大小，依據(jù)標準判定其合格與否。由于鋼板缺陷的富集區(qū)一般在鋼板中心部位，其次是板厚的1/4和3/4處，所以探頭的選擇和靈敏度的調(diào)整，必須考慮鋼板中心部位應有較高的檢出能力，且其他部位不漏檢。例如檢測20mm規(guī)格鋼板，缺陷在10mm處易出現(xiàn)，選擇焦距F10探頭，以20mm大平底調(diào)整靈敏度，既能保證10mm位置處較高的檢測靈敏度，又能保證3和20mm位置有基本相同的靈敏度;同樣對于10mm鋼板，選擇焦距F5探頭，以10mm大平底調(diào)整靈敏度，保證了5mm位置處較高的檢測能力，又能保證3和10mm位置的靈敏度基本相同，所以，為保證鋼板檢測質(zhì)量，理想的雙晶探頭焦距應等于鋼板厚度的一半。
2、掃查方式
NB/T47013-2015規(guī)定的掃查方式見下圖
1）鋼板邊緣或坡口預定線兩側(cè)（50、75、100）100%掃查； 2）中心部分間距不大于50mm平行線或間距不大于100mm的格子線掃查。
3）雙晶直探頭掃查時，探頭的移動方向應與探頭隔聲層相垂直。
3、缺陷性質(zhì)估計
分層：缺陷波形陡直，底波明顯下降或消失；
折疊：不一定有缺陷波，但底波明顯下降，次數(shù)減少甚至消失，始波加寬；
白點：波形密集尖銳活躍，底波明顯下降，次數(shù)減少，重復性差，移動探頭，回波此起彼伏。