超声波探伤

超声波双晶片斜探头的设计与制作工艺方法研究

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超声波双晶片斜探头的设计与制作工艺方法研究

内蒙古科技大学任羽中王涛凌源兴钢建筑安装有限公司周淑英

[摘要]本文作者通过对超声波探头的基本结构和工作原理的分析研究,以及在实际的应用过程中,总结了如何进行

超声波双晶片斜探头的设计以及其制作的工艺方法。[关键词]超声波探头双晶片压电效应横波

超声波探头是实现电信号与声讯号相互转换的器件,是超声波探伤装置的重要组成部分,超声波在传播过程中遇到障碍时会发生反射、折射、或是波形的转换,一一对应于各种缺陷,这样我们可以利用被接收的波形中看到缺陷的位置、种类以及数量等等,本文是作者通过对探头的原理和结构的研究,总结了如何进行双晶片斜探头的设计以及其制作的工艺方法。

1、探头的工作原理与结构特点1.1探头工作原理

超声波所用的探头,,(),。相反地,当晶体处于电场中时,,在晶体中就产生应变或应力,。正、逆压电效应统称压电效应。当一个电脉冲作用到探头上时,探头就发射超声脉冲。反之,当一个超声脉冲作用到探头上时,探头就产生一个电脉冲。

1.2双晶片探头结构特点1.2.1双晶片探头的基本结构横波探头通常由声陷阱、透声楔、晶片、阻尼块、电器接插件和外壳等几部分组成。如图1.1所示,在一个探头中有两个晶片,分别用做发射和接收超声波,这两个晶片之间用隔声层隔开,这种探头称作双晶片探头。为了使发射和接收声束有一交点,通常两晶片相互有一倾角

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由于采用了双晶片,一收一发,消除了有机玻璃钢界面反射杂波;又由于始脉冲不能进入接受放大器,克服了阻塞现象,结果使探测盲区大为减小,为了一次波探伤以及发现近表面缺陷创造了条件。

,则发射晶片的声场,形成一个棱形.3)

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双晶片斜探头的结构图和透声楔图如图1.2

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1.2.2特点

显然,处于棱形区的缺陷,起反射信号强;同时,对于同样大小的缺陷,位于棱形区边缘时,相对弱些。由此可知,探伤灵敏度是随缺陷所在深度变化的,灵敏度先随深度增加而增高,直至一个最大值,然后又随深度增加而下降。这种探伤灵敏度的变化是双晶片斜探头的特点。双晶片斜探头的探伤灵敏度是随深度变化的,发射晶片和接收晶片两声场声束轴线交点Q处的灵敏度最高。因此,在实际探伤中,要根据被检工件的厚度,选取适当的倾角Η,使交点在需探测缺陷的位置附近。Η愈小,交点距探测面的深度愈深,棱形区也愈细长,有利于探测较厚的工件;Η愈大,交点距离探测面深度愈小,棱形区愈粗短,有利于探测较薄的工件。

2、双晶片斜探头的设计2.1设计事项

(1)折射角(或入射角)横波探头的入射角一般都在第一临界角和第二临界角之间。为了获得一定的折射角,需要按照其理论公式,根据采用有机玻璃以及被检测材料的声速计算相应的纵波入射角。横波探头的常用折射角为40°、45°、50°、60°、70°、80°。

(2)探头频率频率的高低是影响定量可靠性的重要因素,频率高灵敏度和分辨率高,指向性好。横波探头常用的频率是1125-215兆赫,也有采用5兆赫的。随着频率的降低,探头的尺寸相应的增大,否则就不能保证有的指向性和提供足够尺寸的声陷阱。

(3)透声楔尺寸和形状设计横波探头时,选择合适的长度和高度是必要的。设法使经过多次反射的声波不能返回到晶片

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