超聲波探頭的頻率選擇

　　超聲波探頭的頻率一般只有2種，40KHz和25KHz，這使它們擁有高靈敏度、穩(wěn)定可靠、耗電少、聲壓級(jí)高等特點(diǎn)，雖然只有這2種頻率，但一點(diǎn)也不影響超聲波測(cè)距探頭的使用范圍，它的用途非常廣泛，包括各種測(cè)距傳感器、計(jì)數(shù)傳感器、報(bào)警傳感器、近接開(kāi)關(guān)、自動(dòng)門傳感器、工業(yè)遙控傳感器等。

　　超聲波測(cè)距探頭連接方式有插腳和導(dǎo)線兩種，外殼顏色也分白黑兩色，功能類型分三種：T表示發(fā)射型、R表示接收型、T/R表示組合一體型。

　　超聲波測(cè)距探頭的直徑一般有10MM、12MM、14MM、16MM、18MM這五種，這五種探頭幾乎都有40KHz和25KHz兩種頻率，如此看來(lái)，已經(jīng)有10款產(chǎn)品可供選擇了，但其實(shí)若再按功能型號(hào)來(lái)分的話，3種功能型號(hào)就能讓超聲波測(cè)距探頭變成15款產(chǎn)品，這在用戶選購(gòu)時(shí)更加方便快捷。

　　超聲波測(cè)距探頭頻率等參數(shù)在產(chǎn)品規(guī)格書中都會(huì)有所參考，如果想要選擇更適用的超聲波測(cè)距探頭，咨詢專業(yè)人士很重要，而要做到專業(yè)，非廠家莫屬。

　　超聲波探頭分類

　　1.直探頭： 單晶縱波直探頭 雙晶縱波直探頭

　　2.斜探頭： 單晶橫波斜探頭a1《aL《aⅡ ，雙晶橫波斜探頭

　　單晶縱波斜探頭 aL《a1為小角度縱波斜探頭

　　aL在a1附近為爬波探頭爬波探頭；沿工件表面?zhèn)鬏數(shù)目v波，速度快、能量大、波長(zhǎng)長(zhǎng)、探測(cè)深度較表面波深，對(duì)工件表面光潔度要求較表面波松。（頻率2.5MHZ波長(zhǎng)約2.4mm，講義附件11、12、17題部分答案）。

　　3.帶曲率探頭： 周向曲率 徑向曲率。

　　周向曲率探頭適合---無(wú)縫鋼管、直縫焊管、筒型鍛件、軸類工件等軸向缺陷的檢測(cè)。工件直徑小于2000mm時(shí)為保證耦合良好探頭都需磨軸向曲率。

　　徑向曲率探頭適合---無(wú)縫鋼管、鋼管對(duì)接焊縫、筒型鍛件、軸類工件等徑向缺陷的檢測(cè)。工件直徑小于600mm時(shí)為保證耦合良好探頭都需磨徑向曲率。

　　4.聚焦探頭： 點(diǎn)聚焦 線聚焦。

　　5.表面波探頭：（當(dāng)縱波入射角大于或等于第二臨界角，既橫波折射角度等于90形成表面波）。

　　沿工件表面?zhèn)鬏數(shù)臋M波，速度慢、能量低、波長(zhǎng)短探測(cè)深度較爬波淺，對(duì)工件表面光潔度要求較爬波嚴(yán)格。

　　超聲波探傷中探頭的選用原則

　　超聲波探頭的類型很多，性能各異，因此根據(jù)超聲波探傷對(duì)象的形狀、對(duì)超聲波的衰減和技術(shù)要求，合理選用探頭是保證探傷結(jié)果正確可靠的基礎(chǔ)。對(duì)超聲波探頭的選擇主要體現(xiàn)在：探頭型式、探頭頻率、探頭晶片尺寸和探頭角度等。

　　1.探頭型式

　　一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來(lái)選擇探頭的形式，盡量使超聲波聲束軸線與缺陷垂直。具體可參考上述常見(jiàn)典型探頭作用部分。

　　2.探頭頻率

　　超聲波探傷頻率在0．5一15MHz之間，選擇范圍較大。一般選擇頻率時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素。

　　1）由于超聲波的繞射，使超聲波探傷靈敏度約為二分之一波長(zhǎng)。在同一材料內(nèi)超聲波波速是一定的，因此提高頻率，超聲波波長(zhǎng)變短，探傷靈敏度提高，有利于發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。

　　2）頻率高，脈沖寬度小，分辨率高，有利于區(qū)分相鄰缺陷，分辨力提高。

　　3）由擴(kuò)散公式可知，頻率高，超聲波長(zhǎng)短，則半擴(kuò)散角小，聲束指向性好，超聲波能量集中，有利于發(fā)現(xiàn)缺陷并對(duì)缺陷定位，定量精度高。

　　4）由近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度公式可知，頻率高，超聲波長(zhǎng)短，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度大，對(duì)探傷不利。

　　5）由衰減、吸收公式可知，超聲波的衰減隨超聲波頻率、介質(zhì)晶粒度增加而急劇增加。

　　通過(guò)上面分析可知超聲波探傷時(shí)頻率的影響較大，頻率高，探傷靈敏度和分辨率高，波束指向性好，對(duì)探傷有利。但是頻率高，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)，介質(zhì)衰減大，對(duì)探傷不利，所以在選擇探頭頻率時(shí)，應(yīng)綜合考慮，全面分析各方面因素，合理選取。一般說(shuō)來(lái)，在滿足探傷靈敏度要求的前提下，盡可能選取頻率較低的探頭；對(duì)于晶粒較細(xì)的鍛件、軋制件和焊接件等，一般選用較高頻率的探頭，常用2.5—5.0MHz。對(duì)于晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等工件，宜選用軟低頻率的探頭，常用0.5～2.5MHz，否則若選用頻率過(guò)高，就會(huì)引起超聲波能量嚴(yán)重衰減。

　　2.探頭晶片尺寸

　　探頭晶片的形狀一般為圓形和方形。探頭的晶片尺寸對(duì)超聲波探傷結(jié)果有一定影響，選擇時(shí)主要考慮以下因素

　　1）半擴(kuò)散角。由擴(kuò)散角公式可知，晶片尺寸增加，半擴(kuò)散角減小，波束指向性好，超聲波能量集中，對(duì)探傷有利。

　　2）探傷近場(chǎng)區(qū)。由近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度公式可知，晶片尺寸增加，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度增大，對(duì)探傷不利。

　　3）晶片尺寸大，輻射的超聲波能量強(qiáng)，探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍大，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷能力增強(qiáng)。

　　在探傷面積范圍大的工件時(shí)，為提高探傷效率，宜選用大晶片探頭；探傷厚度大的工件時(shí)，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷宜選用大晶片探頭；對(duì)小型工件，為了提高缺陷的定位定量精度，宜選用小晶片探頭；對(duì)表面不太平整、曲率較大的工工件，為了減少耦合損失，宜選用小晶片探頭。

　　3.角度

　　在檢測(cè)中應(yīng)盡量使超聲波聲束軸線與缺陷垂直，因此角度的選擇根據(jù)檢測(cè)對(duì)象中可能存在的缺陷類型、位置和工件允許的探傷條件，利用反射、折射定律以及相關(guān)幾何知識(shí)，選擇合適角度的探頭。以在橫波檢測(cè)中，探頭的K值為例，折射角對(duì)檢測(cè)靈敏度、聲束軸線的方向，一次波的聲程（入射點(diǎn)至底面反射點(diǎn)的距離）有較大影響。對(duì)于用有機(jī)玻璃斜探頭檢測(cè)鋼制工件，β=40°（K=0.84）左右時(shí)，聲壓往復(fù)透射率最高，即檢測(cè)靈敏度最高。由此可知，K值大，β值大，一次波的聲程大。因此在實(shí)際檢測(cè)中，當(dāng)工件厚度較小時(shí)，應(yīng)選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場(chǎng)區(qū)檢測(cè)。當(dāng)工件厚度較大時(shí)，應(yīng)選用較小的K值，以減少聲程過(guò)大引起的衰減，便于發(fā)現(xiàn)深度較大處的缺陷。在焊縫檢測(cè)中，還要保證主聲束能掃查整個(gè)焊縫截面。對(duì)于單面焊根部未焊透，還要考慮端角反射問(wèn)題，應(yīng)使K=0.7～1.5，因?yàn)镵《0.7或K》1.5，端角反射率很低，容易引起漏檢。
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