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探頭的選擇及其工作原理

     超聲波探傷中，超聲波的發(fā)射和接收都是通過探頭來實現(xiàn)的。探頭的種類很多，結(jié)構(gòu)型式也不一樣。探傷前應(yīng)根據(jù)被檢對象的形狀、衰減和技術(shù)要求來選擇探頭，以下介紹探頭晶片尺寸、型式、頻率三個方面的選擇。

*、探頭晶片尺寸的選擇
晶片尺寸對探傷也有一定的影響，選擇晶片尺寸進(jìn)要考慮以下因素：
1、晶片尺寸增加，半擴(kuò)散角減少，波束指向性變好，超聲波能量集中，對探傷有利。
2、晶片尺寸增加，近場區(qū)長度迅速增加，對探傷不利。
3、晶片尺寸大，輻射的超聲波能量大，探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍大，遠(yuǎn)距離掃查范圍相對變小，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷能力增強。
　　以上分析說明晶片大小對聲束指向性、近場區(qū)長度、近距離掃查范圍和遠(yuǎn)距離缺陷檢出能力有較大的影響。實際探傷中，探傷面積范圍大的工件時，為了提高探傷效率宜選用大晶片探頭；探傷厚度大的工件時，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷宜選用大晶片探頭；探傷小型工件時，為了提高缺陷定位定量精度宜選用小晶片探頭；探傷表面不太平整，曲率較低較大的工件時，為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。

第二、探頭型式的選擇
　　常用的探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭、表面波探頭、雙晶探頭，聚焦探頭等。一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的型式，使聲束軸線盡量與缺陷垂直。
　　縱波直探頭波束軸線垂直于探測面，主要用于探測與探測面平行的缺陷，如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。
　　橫波斜探頭主要用于探測與探測面垂直可成一定角度的缺陷，如焊縫中未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。
　　表面波探頭用于探測工件表面缺陷，雙晶探頭用于探測工件近表面缺陷，聚焦探頭用于水浸探測管材或板材。

第三、探頭頻率的選擇
超聲波探傷頻率0.5~10MHz之間，選擇范圍大。一般選擇頻率時應(yīng)考慮以下因素:
1、由于波的繞射，使超聲波探傷靈敏度約為波長的一半，因此提高頻率，有利于發(fā)現(xiàn)更小的缺陷。
2、頻率高，脈沖寬度小，分辨力高，有利于區(qū)分相鄰缺陷。
3、頻率高，波長短，則半擴(kuò)散角小，聲束指向性好，能量集中，有利于發(fā)現(xiàn)缺陷并對缺陷定位。
4、頻率高，波長短，近場區(qū)長度大，對探傷不利。
5、頻率增加，衰減急劇增加。
　　由以上分析可知，頻率的高低對探傷有較大的影響，頻率高，靈敏度和分辨力高，指向性好，對探傷有利；但近場區(qū)長度大，衰減大，又對探傷不利。實際探傷中要全面分析考慮各方面的因素，合理選擇頻率。一般在保證探傷靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。
　　對于晶粒較細(xì)的鍛件、軋制件和焊接件等，一般選用較高的頻率，常用2.5~5MHz；對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率，常用0.5~2.5MHz。如果頻率過高，就會引起嚴(yán)重衰減，屏幕上出現(xiàn)林狀回波，信噪比下降，甚至無法探傷。

探頭工作原理
      某些晶體材料在交變拉壓應(yīng)作用下，產(chǎn)生交變電場的效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之當(dāng)晶體材料在交變電場作用下，產(chǎn)生伸縮變形的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。正、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。
　　超聲波探頭中的壓電晶片具有壓電效應(yīng)，當(dāng)高頻電脈沖激勵壓電晶片時，發(fā)生逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為聲能（機(jī)械能），探頭發(fā)射超聲波。當(dāng)探頭接收超聲波時，發(fā)生正壓電效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)換為電能。不難看出超聲波探頭在工作時實現(xiàn)了電能和聲能的相互轉(zhuǎn)換，因此常把探頭叫做換能器。