声波探头
超声波探头
一.以构造分类
1.直探头: 单晶纵波直探头双晶纵波直探头
2.斜探头: 单晶横波斜探头a1
单晶纵波斜探头 al
al在a1附近为爬波探头
爬波探头；沿工件表面传输的纵波，速度快、能量大、波长长探测深度较表面波深，对工件表面光洁度要求较表面波松。（频率2.5mhz波长约2.4mm，讲义附件11、12、17题部分答案）。
3.带曲率探头: 周向曲率径向曲率。
周向曲率探头适合---无缝钢管、直缝焊管、筒型锻件、轴类工件等轴向缺陷的检测。工件直径小于2000mm时为保证耦合良好探头都需磨周向曲率。
径向曲率探头适合---无缝钢管、钢管对接焊缝、筒型锻件、轴类工件等径向缺陷的检测。工件直径小于600mm时为保证耦合良好探头都需磨径向曲率。
4.聚焦探头: 点聚焦线聚焦。
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90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。
*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=dt/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dt的变化量,d33越大,发射灵敏度越高（82页zui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e:
e=ct/a[c-电容、t-极板距离（晶片厚度）、a-极板面积（晶片面积）];
c小→e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: 3240 m/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
声速: 3240 m/s 工件厚度: 16.00 mm探头频率: 5.00 mc
探头k值: 1.95 探头前沿: 7.00 mm 坡口类型:x
坡口角度: 60.00 对焊宽度: 2.00 mm 补偿:-02 db
判废: +05 db 定量: -03 db 评定: -09db
焊口编号: 0000 缺陷编号: 1. 检测日期:05.03.09
5.机械品质因子qm:
qm=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。
qm大,损耗小,振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。
qm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．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18 db。（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=a´b´cosb/plcosa。 λ=cs/¦.
直探头近场n=d/4l。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:³3n。
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5p 9×9k2、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
cosb/ cosa
0.88
0.78
0.68
0.6
0.52
聚砜
cosb/ cosa
0.83
0.704
0.6
0.51
0.44
有机玻璃
tga /tgb
0.75
0.66
0.58
0.5
0.44
聚砜
tga /tgb
0.62
0.52
0.44
0.38
0.33
cosb/cosa、tga/tgb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/pxλxcosa=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
横波折射角
声程
mm
（ ）
mm
（ ）
mm
20
21.7
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13´132.晶片尺寸10´20.
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*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.
*临界角:由折射定律sinal/cl1=sinbl/cl2,当cl2>cl1时,bl>al,随着al增加,bl也增加,当