超声波探头UTIIIWord文档下载推荐.docx
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5.表面波探头:
(当纵波入射角大于或等于第二临界角,既横波折射角度等于900形成表面波).
沿工件表面传输的横波,速度慢、能量低、波长短探测深度较爬波浅,对工件表面光洁度要求较爬波严格。
第一章“波的类型”中学到:
表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。
(频率2.5MHZ波长约1.3mm,讲义附件11、12题部分答案)。
二.以压电晶体分类:
三.压电材料的主要性能参数:
1.压电应变常数d33:
d33=t/U在压电晶片上加U这么大的应力,压电晶片在厚度上发生了t的变化量,d33越大,发射灵敏度越高(82页最下一行错)。
2.压电电压常数g33:
g33=UP/P在压电晶片上加P这么大的应力.在压电晶片上产生UP这么大的电压,g33越大,接收灵敏度越高。
3.介电常数:
=Ct/AC-电容、t-极板距离(晶片厚度)、A-极板面积(晶片面积);
C小→小→充、放电时间短.频率高。
4.机电偶合系数K:
表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。
对于正压电效应:
K=转换的电能/输入的机械能。
对于逆压电效应:
K=转换的机械能/输入的电能.
晶片振动时,厚度和径向两个方向同时伸缩变形,厚度方向变形大,探测灵敏度高,径向方向变形大,杂波多,分辨力降低,盲区增大,发射脉冲变宽.(讲义附件16、19题部分答案)。
声速:
3240M/S工件厚度:
16.00MM探头频率:
2.500MC
探头K值:
1.96探头前沿:
7.00MM坡口类型:
X
坡口角度:
60.00对焊宽度:
2.00MM补偿:
-02dB
判废:
+05dB定量:
-03dB评定:
-09dB
焊口编号:
0000缺陷编号:
1.检测日期:
05.03.09
16.00MM探头频率:
5.00MC
1.95探头前沿:
7.00MM坡口类型:
2.00MM补偿:
+05dB定量:
-03dB评定:
5.机械品质因子m:
m=E贮/E损,压电晶片谐振时,贮存的机械能与在一个周期内(变形、恢复)损耗的能量之比称……损耗主要是分子内摩擦引起的。
m大,损耗小,振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。
m小,损耗大,振动时间短,脉冲宽度小,分辨力高。
6.频率常数Nt:
Nt=tf0,压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,晶片材料一定,厚度越小,频率越高.(讲义附件16、19题部分答案)。
7.居里温度Tc:
压电材料的压电效应,只能在一定的温度范围内产生,超过一定的温度,压电效应就会消失,使压电效应消失的温度称居里温度(主要是高温影响)。
8.超声波探头的另一项重要指标:
信噪比---有用信号与无用信号之比必须大于18dB。
(为什么?
)
四.探头型号(应注意的问题)
1.横波探头只报K值不报频率和晶片尺寸。
2.双晶探头只报频率和晶片尺寸不报F(菱形区对角线交点深度)值。
例:
用双晶直探头检12mm厚的板材,翼板厚度12mm的T型角焊缝,怎样选F值?
讲义附件(2题答案)。
五.应用举例:
1.斜探头近场N=abCOS/COS。
λ=CS/.
直探头近场N=D2/4。
λ=CL/.
2.横波探伤时声束应用范围:
1.64N-3N。
纵波探伤时声束应用范围:
3N。
双晶直探头探伤时,被检工件厚度应在F菱形区内。
3.K值的确定应能保证一次声程的终点越过焊缝中心线,与焊缝中心
线的交点到被检工件内表面的距离应为被检工件厚度的三分之一。
4.检测16mm厚的工件用5P9×
9K2、2.5P9X9K2、2.5P13X13K2那一种探头合适(聚峰斜楔).以5P9X9K2探头为例。
(1).判断一次声程的终点能否越过焊缝中心线?
(焊缝余高全宽+前沿)/工件厚度
(2).利用公式:
N׳(工件内剩余近场长度)=N(探头形成的近场长度)—N״(探头内部占有的近场长度)=axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,计算被检工件内部占有的近场长度。
讲义附件(14题答案)。
A.查教材54页表:
材料
K值
1.0
1.5
2.0
2.5
3
有机玻璃
COS/COS
0.88
0.78
0.68
0.6
0.52
聚砜
0.83
0.704
0.51
0.44
tg/tg
0.75
0.66
0.58
0.5
0.62
0.38
0.33
COS/COS、tg/tg与K值的关系
查表可知cosβ/cosα=0.6,tgα/tgβ=0.44,计算可知α=41.35°
.
B.λ=Cs/ƒ=3.24/5=0.65mm
C.
参考图计算可知:
tgα=L1/4.5,L1=tg41.35°
X4.5=0.88X4.5=3.96mm.
cosα=2.5/L2,L2=2.5/cos41.5°
=2.5/0.751=3.33mm,
L=L1+L2=7.3mm,Ltgα/tgβ=7.3×
0.44=3.21mm,(N״)
由
(1)可知,IS=35.8mm,2S=71.6mm
N=axbxcosβ/xλxcos=9×
9×
0.6/3.14×
0.65=23.81mm,
1.64N=39.1mm,3N=71.43mm.
工件内部剩余的近场(N׳)=N-N״=20.6mm(此范围以内均属近场探伤).
(1.64N-N״)与IS比较,(3N-N״)与2S比较,
使用2.5P13X13K2探头检测16mm厚工件,1.64N与3N和5P9X9K2探头基本相同,但使用中仍存在问题,2.5P9X9K2探头存在什么问题?
一.探伤过程中存在的典型问题:
不同探头同一试块的测量结果
反射体深度
1#探头
2#探头
横波折射角
声程
mm
(0)
20
21.7
32.8
24.3
40
24.4
45.0
32.5
49.8
60
25.8
70
30.9
75.6
80
28.9
101.8
29.1
102.0
注:
1.晶片尺寸13132.晶片尺寸1020.
试验中发现:
同一探头(入射角不变)在不同深度反射体上测得的横波折射角不同,进一步试验还发现,折射角的变化趋势与晶片的结构尺寸有关,对不同结构尺寸的晶片,折射角的变化趋势不同,甚至完全相反,而对同一
晶片,改变探头纵波入射角,其折射角变化趋势基本不变,上表是两个晶片尺寸不同的探头在同一试块上测量的结果.
1#探头声束中心轨迹2#探头声束中心轨迹
1.纵波与横波探头概念不清.
第一临界角:
由折射定律SinL/CL1=SinL/CL2,当CL2CL1时,LL,随着L增加,L也增加,当L增加到一定程度时,L=900,这时所对应的纵波入射角称为第一临界角I,
I=Sin-1CL1/CL2=Sin-12730/5900=27.60,当LI时,第二介质中既有折射纵波L又有折射横波S.
第二临界角:
由折射定律SinL/CL1=SinS/CS2,当Cs2CL1时,SL,随着L增加,S也增加,当L增加一定程度时,S=900,这时所对应的纵波入射角称为第二临界角Ⅱ.Ⅱ=Sin-1CL1/CS2=Sin-12730/3240=57.70.当L=I--Ⅱ时,第二介质中只有折射横波S,没有折射纵波L,常用横波探头的制作原理。
利用折射定律判断1#探头是否为横波探头。
A.存横波探伤的条件:
Sin27.60/2730=Sin/3240,
Sin=Sin27.603240/2730=0.55,=33.360,K=0.66。
B.折射角为21.70时:
Sin/2730=Sin21.70/3240,Sin=Sin21.702730/3240,=18.150,
小于第一临界角27.60。
折射角为28.90时:
Sin/2730=Sin28.90/3240,Sin=Sin28.902730/3240,=240,也小于第一临界角27.60。
C.如何解释1#探头随反射体深度增加,折射角逐渐增大的现象,由A、B
可知,1#探头实际为纵波斜探头,同样存在上半扩散角与下半扩散角,而且上半扩散角大于下半扩散角。
(讲义附件9题答案)。
纵波入射角L由00逐渐向第一临界角I(27.60)增加时,第二介质中的纵波能量逐渐减弱,横波能量逐渐增强,在声束的一定范围内,下区域内的纵波能量大于上区域内的纵波能量,探测不同深度的孔,实际上是由下区域内的纵波分量获得反射回波最高点。
由超声场横截面声压分布情况来看,A点声压在下半扩散角之内,B点声压在上半扩散角之内,且A点声压高于B点声压。
再以近场长度N的概念来分析,2.5P1313K1探头N=36.5mm,由此可知反射体深度20mm时,声程约21.7mm,=21.70时N=40.07mm为近场探伤。
在近场内随着反射体深度增加声程增大,A点与B点的能量逐渐向C点增加,折射角度小的探头角度逐渐增大,折射角度大的探头角度逐渐减少。
2.盲目追求短前沿:
以2.5P1313K2探头为例,b=15mm与b=11mm,斜楔为有机玻璃材料;
(1).检测20mm厚,X口对接焊缝,缺陷为焊缝层间未焊透.
(2).信噪比的关系:
有用波与杂波幅度之比必须大于18dB.
(3).为什么一次标记点与二次标记点之间有固定波?
由54页表可知:
COS/COS=0.68,K2探头=63.44,
COS63.44=0.447,COS=0.447/0.68=0.66,
COS=6.5/LX,前沿LX=6.5/0.66=9.85mm。
(讲义附件6题答案)。
3.如何正确选择双晶直探头:
(1).构造、声场形状、菱形区的选择;
(2).用途:
为避开近场区,主要检测薄板工件中面积形缺陷.
(3).发射晶片联接仪器R口,接收晶片联接T口(匹配线圈的作用).
4.探
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