超声波探伤中探头的选用原则

超声波探伤中探头的选用原则

超声波探头的类型很多，性能各异，因此根据超声波探伤对象的形状、对超声波的衰减和技术要求，合理选用探头是保证探伤结果正确可靠的基础。对超声波探头的选择主要体现在：探头型式、探头频率、探头晶片尺寸和探头角度等。

3.1 探头型式

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形式，尽量使超声波声束轴线与缺陷垂直。具体可参考上述常见典型探头作用部分。

3.2 探头频率

超声波探伤频率在0．5一15MHz之间，选择范围较大。一般选择频率时应考虑以下几个因素。

1)由于超声波的绕射，使超声波探伤灵敏度约为二分之一波长。在同一材料内超声波波速是一定的，因此提高频率，超声波波长变短，探伤灵敏度提高，有利于发现更小的缺陷。

2)频率高，脉冲宽度小，分辨率高，有利于区分相邻缺陷，分辨力提高。

3)由扩散公式可知，频率高，超声波长短，则半扩散角小，声束指向性好，超声波能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位，定量精度高。

4)由近场区长度公式可知，频率高，超声波长短，近场区长度大，对探伤不利。

5)由衰减、吸收公式可知，超声波的衰减随超声波频率、介质晶粒度增加而急剧增加。

通过上面分析可知超声波探伤时频率的影响较大，频率高，探伤灵敏度和分辨率高，波束指向性好，对探伤有利。但是频率高，近场区长，介质衰减大，对探伤不利，所以在选择探头频率时，应综合考虑，全面分析各方面因素，合理选取。

一般说来，在满足探伤灵敏度要求的前提下，尽可能选取频率较低的探头；对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高频率的探头，常用2.5—5.0MHz。对于晶粒较粗大的铸件、奥氏体钢等工件，宜选用软低频率的探头，常用0.5～2.5MHz，否则若选用频率过高，就会引起超声波能量严重衰减。

3.3 探头晶片尺寸

探头晶片的形状一般为圆形和方形。探头的晶片尺寸对超声波探伤结果有一定影响，选择时主要考虑以下因素：

1)半扩散角。由扩散角公式可知，晶片尺寸增加，半扩散角减小，波束指向性好，超声波能量集中，对探伤有利。

2)探伤近场区。由近场区长度公式可知，晶片尺寸增加，近场区长度增大，对探伤不利。

3)晶片尺寸大，辐射的超声波能量强，探头未扩散区扫查范围大，发现远距离缺陷能力增强。

在探伤面积范围大的工件时，为提高探伤效率，宜选用大晶片探头；探伤厚度大的工件时，为了有效地发现远距离的缺陷宜选用大晶片探头；对小型工件，为了提高缺陷的定位定量精度，宜选用小晶片探头；对表面不太平整、曲率较大的工工件，为了减少耦合损失，宜选用小晶片探头。

3.4角度

在检测中应尽量使超声波声束轴线与缺陷垂直，因此角度的选择根据检测对象中可能存在的缺陷类型、位置和工件允许的探伤条件，利用反射、折射定律以及相关几何知识，选择合适角度的探头。

以在横波检测中，探头的K值为例，折射角对检测灵敏度、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）有较大影响。对于用有机玻璃斜探头检测钢制工件，β=40°（K=0.84）左右时，声压往复透射率高，即检测灵敏度高。

由此可知，K值大，β值大，一次波的声程大。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，还要保证主声束能扫查整个焊缝截面。对于单面焊根部未焊透，还要考虑端角反射问题，应使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。