超聲波檢測(cè)之雙晶探頭

一個(gè)探頭殼體內(nèi)裝有兩個(gè)晶片的探頭我們稱(chēng)之為雙晶探頭，又稱(chēng)分割式探頭。由兩個(gè)縱波晶片組合成的雙晶探頭稱(chēng)為縱波雙晶探頭，又稱(chēng)雙晶直探頭；由兩個(gè)橫波晶片組成的雙晶探頭稱(chēng)為橫波雙晶探頭，又稱(chēng)雙晶斜探頭。

這兩種雙晶探頭中，雙晶直探頭的應(yīng)用較為廣泛。雙晶直探頭的兩個(gè)縱波晶片一個(gè)用于發(fā)射超聲，一個(gè)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(jiàn)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(gè)晶片之間有一片吸聲性強(qiáng)、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(jìn)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(duì)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(cè)能力。頻率高時(shí)，波長(zhǎng)短，聲束指向性好，擴(kuò)散角較小，能量集中，因而發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力則比較強(qiáng)、分辨力好、缺陷定位準(zhǔn)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(qiáng)的穿透力。因此可以采用較高頻率的探頭。對(duì)于鍛件，板材，棒材等晶粒細(xì)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(duì)于晶粒粗大，超聲散射嚴(yán)重的材料，如奧斯體不銹鋼和鑄造件等，頻率高時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)晶界引起的林狀回波，致使無(wú)法探傷，對(duì)于這一類(lèi)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(lái)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(méi)有直接的關(guān)系。雙晶探頭的晶片大小，只與工件探測(cè)面積的大小有關(guān)，當(dāng)檢測(cè)面積大時(shí)，為了提高探傷效率，宜采用晶片尺寸較大的探頭。當(dāng)檢測(cè)面積較小，或者檢測(cè)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(gè)晶片都有一定的傾斜角度。發(fā)射聲束與接收聲束必然會(huì)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(zhǎng)，焦距愈大，探測(cè)深度愈深，適合厚工件的探傷檢驗(yàn)，菱形區(qū)愈短，焦距愈小，探測(cè)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(hào)強(qiáng)，同時(shí)對(duì)于同樣大小的缺陷，位于棱形區(qū)中心時(shí)，反射信號(hào)。因此在實(shí)際探傷過(guò)程中，要根據(jù)被檢工件的厚度選取適當(dāng)?shù)慕咕唷＝咕嘣叫。瑒t對(duì)薄工件的探傷越有利。一般來(lái)說(shuō)，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(dá)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(diǎn)。

雙晶直探頭板材檢測(cè)

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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)有較高的檢出能力，且其他部位不漏檢。例如檢測(cè)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(cè)靈敏度，又能保證3和20mm位置有基本相同的靈敏度;同樣對(duì)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(cè)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(cè)質(zhì)量，理想的雙晶探頭焦距應(yīng)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(jiàn)下圖

1）鋼板邊緣或坡口預(yù)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(shí)，探頭的移動(dòng)方向應(yīng)與探頭隔聲層相垂直。

3、缺陷性質(zhì)估計(jì)

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(diǎn)：波形密集尖銳活躍，底波明顯下降，次數(shù)減少，重復(fù)性差，移動(dòng)探頭，回波此起彼伏。