超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工藝

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1、超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工藝第二章超聲換能器§2.2壓電換能器§2.2.4超聲檢測(cè)用壓電換能器的種類(lèi),結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)與制作工藝的考慮因素一.超聲檢測(cè)技術(shù)中常用壓電換能器的種類(lèi)在超聲檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用的壓電換能器是多種多樣的,但最廣泛應(yīng)用的是厚度振動(dòng)型的壓電換能器(俗稱(chēng)探頭),它受激勵(lì)而產(chǎn)生的超聲波是縱波,然后可以利用超聲波的折射特性,通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換,把縱波轉(zhuǎn)換成其他所需要的波型用于檢測(cè).此外,根據(jù)激發(fā)超聲波的工作頻譜,可以把探頭分為寬頻帶(窄脈沖)探頭(可窄至一周半)和窄頻帶脈沖探頭,前者主要用于要求具有較高分辨力的超聲檢測(cè),而后者則主要用于如穿透

2、法,諧振法,聲振法等的超聲檢測(cè).在實(shí)際應(yīng)用中,最常見(jiàn)的是根據(jù)探頭的用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)分類(lèi),大致上有:1.普通直探頭:由單塊壓電晶片兼并發(fā)射與接收功能而制成的探頭,其晶片多為圓形薄片,還可分為液浸法檢測(cè)用的和直接接觸法用的探頭2.普通斜探頭:由單塊壓電晶片兼并發(fā)射與接收功能,其晶片多為圓形,方形和矩形薄片.其上配有斜楔以改變晶片受激產(chǎn)生的縱波在界面上的入射角,利用超聲波的折射特性產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換,從而在檢測(cè)介質(zhì)中激發(fā)出所需要的波型.它主要用于直接接觸法檢測(cè),根據(jù)所激發(fā)波型的不同,可以分為:(1)橫波探頭:用于對(duì)工件內(nèi)部及表面缺陷的橫波檢測(cè),例如檢測(cè)焊縫(

3、2)瑞利波（表面波）探頭:用于對(duì)具有光潔表面的工件的表面缺陷檢測(cè),例如檢測(cè)葉片表面裂紋(3)板波(蘭姆波)探頭:用于薄板檢測(cè)(4)爬波探頭:用于粗糙表面工件的近表面缺陷檢測(cè)(5)可變角探頭:可調(diào)整縱波入射角以探索適當(dāng)波型超聲波的激發(fā)條件以及調(diào)整超聲波在被檢介質(zhì)中的折射角度此外還有如縱波斜探頭及各種適應(yīng)不同工件需要的專(zhuān)用探頭.3.組合雙晶探頭:由兩塊晶片分別發(fā)射和接收超聲波,晶片形狀有兩塊半圓形(分割式),兩塊方形或兩塊矩形等.探頭上配有延遲塊,用以小范圍改變縱波入射角以調(diào)節(jié)超聲波進(jìn)入工件的狀態(tài),而且起到延遲阻塞時(shí)間,抑制近場(chǎng)干擾等作用,從而顯著提

4、高檢測(cè)的近表面分辨力.兩塊晶片之間還配置了隔聲層以阻隔入射界面上產(chǎn)生的直通波和屏蔽感應(yīng)電場(chǎng)的干擾(即起到電聲屏蔽的作用).按照產(chǎn)生的波型和結(jié)構(gòu)形式,可以分為:(1)組合雙晶直探頭:包括液浸法檢測(cè)與直接接觸法檢測(cè)應(yīng)用的探頭,尤其以后者為常用.全部元件組合在一個(gè)整體之內(nèi),在工件中激勵(lì)的是縱波-在被檢介質(zhì)中是以折射縱波進(jìn)行檢測(cè)的。(2)組合雙晶斜探頭:用于直接接觸法,全部元件(包括斜楔)組合在一個(gè)整體內(nèi),主要用于在工件中激勵(lì)橫波或瑞利波進(jìn)行檢測(cè)。(3)騎馬式組合雙晶探頭:兩塊晶片分別安置在一個(gè)馬鞍形的座塊兩側(cè),在工件中激勵(lì)縱波,同時(shí)也兼有橫波與瑞利波成

5、分,可進(jìn)行綜合波型檢測(cè),特別適合于小直徑棒材的檢測(cè)4.聚焦探頭:利用聲透鏡原理或直接燒結(jié)而成的曲面形壓電晶片,使激勵(lì)的超聲波束能匯聚成細(xì)長(zhǎng)(或扁長(zhǎng))形狀,有利于聲能高度集中,從而明顯提高穿透性,指向性和分辨率以及信噪比。聚焦探頭的種類(lèi)很多,主要有:(1)接觸法聚焦直探頭(2)液浸法聚焦直探頭(3)接觸法聚焦斜探頭(4)接觸法組合雙晶聚焦斜探頭(5)接觸法可變角聚焦斜探頭(6)陣列聚焦探頭......等等此外,根據(jù)聚焦聲束的形狀,又可將聚焦探頭分為點(diǎn)聚焦,線聚焦,以及特殊的長(zhǎng)焦柱等類(lèi)型.5.其他特殊(專(zhuān)用)探頭:隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,為適應(yīng)各種不同工

6、件的檢測(cè)需要,還發(fā)展了許多特種探頭,它們各自有其特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,如:(1)超聲測(cè)厚探頭:包括常溫,中溫,高溫狀態(tài)下使用的,接觸法或液浸法使用的,不同分辨率的各種測(cè)厚探頭(2)輪式超聲探頭:可用于自動(dòng)或半自動(dòng)的鋼板檢測(cè)等(3)檢測(cè)鐵路鋼軌的超聲探頭(4)檢測(cè)工件內(nèi)孔的超聲探頭:深入工件孔內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)(5)從軸類(lèi)、螺栓等端面進(jìn)行檢測(cè)的小角度縱波斜入射探頭(6)用于高溫條件下檢測(cè)的超聲探頭(7)沖擊波探頭:產(chǎn)生沖擊波進(jìn)行檢測(cè)(8)用于特殊部位的反射鏡式探頭:利用聲反射鏡改變超聲束的投射方向(9)電磁超聲探頭(10)混凝土檢測(cè)用探頭(11)窄脈沖(高阻尼)

7、探頭:可獲得特別高的分辨力(12)與計(jì)算機(jī)配合的相控陣探頭或動(dòng)態(tài)聚焦陣列探頭(13)可變焦距的陣列探頭......等等。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用需求的超聲探頭品種還將日益增多,例如國(guó)外已出現(xiàn)將前置放大器組合到探頭內(nèi)以提高檢測(cè)信號(hào)的輸出能量,用于長(zhǎng)距離檢測(cè),以及適應(yīng)數(shù)字化檢測(cè)需要等,而且也必然還會(huì)有更多更好的專(zhuān)用或特殊應(yīng)用的超聲探頭出現(xiàn).圖2.20普通直探頭基本結(jié)構(gòu)示意圖二.常見(jiàn)的超聲檢測(cè)換能器1.普通直探頭:普通直探頭俗稱(chēng)平探頭或平直探頭，其基本結(jié)構(gòu)如圖2.20所示.(1)壓電晶片:壓電晶片的功能是發(fā)射與接收超聲波,它是以厚

8、度振動(dòng)模式振動(dòng),激發(fā)出縱波.在設(shè)計(jì)探頭時(shí),除了考慮選擇適當(dāng)?shù)膲弘姴牧贤?還要考慮到壓電晶片的尺寸與下述因素有關(guān):諧振頻率:在諧振狀態(tài)下可