K值與角度的關系---如何選擇超聲波探傷儀探頭
概述：超聲波探傷儀探頭是實現(xiàn)電信號與聲訊號相互轉換的器件，是超聲波探傷儀裝置的重要組成部分。各個廠家生產的超聲波探傷儀所用的探頭是可以通用的。目前所用的超聲波探傷儀探頭，絕大多數(shù)是利用壓電效應原理制作的。
超聲波探傷儀探頭的主要作用：一是將返回來的聲波轉換成電脈沖；二是控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度,當改變探頭入射角或改變超聲波的擴散角時,可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質內部或改變聲波的指向性,提高分辨率；三是實現(xiàn)波形轉換；四是控制工作頻率,適用于不同的工作條件.
超聲波探傷儀探頭種類繁多，日常使用中常見的探頭種類有以下幾種：
A.超聲波探傷儀直探頭
進行垂直探傷用的單晶片探頭，主要用于縱波探傷。直探頭由插座、外殼、保護膜、壓電晶片、吸聲材料等組成，頭接觸面為可更換的軟膜，用于檢測表面粗糙的工件。
B.超聲波探傷儀斜探頭
進行斜射探傷用的探頭，主要用于橫波探傷。斜探頭由斜塊、壓電晶片、吸聲材料、外殼、插座等組成，斜探頭的聲束與探頭表面傾斜，因此可用于檢測直聲束無法到達的部位、或者缺陷的方向與檢測面之間存在夾角的區(qū)域。
C.超聲波探傷儀小徑管探頭
單晶微型橫波斜探頭，用于小直徑薄壁管焊接接頭的檢驗。檢測標準參照電力行業(yè)標準DL/T8202002《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規(guī)程》，適合檢測管徑≥32mm、小于等于159mm，壁厚≥4mm、小于14mm的小直徑薄壁管；也可適用于其他行業(yè)類似管道的檢測。探頭外形尺寸小,前沿距離≤5mm，始脈沖占寬≤1.5mm(相當于鋼中深度)，分辨力大于等于20dB。根據(jù)被檢測管道外徑的不同，檢測面被加工成對應管徑的弧度。
D.超聲波探傷儀表面波探頭
用于發(fā)射和接收表面波的探頭。表面波是沿工件表面?zhèn)鞑サ牟?，幅值隨表面下的深度迅速減少，傳播速度是橫波的0.9倍，質點的振動軌跡為橢圓。表面波探頭在被檢工件的表面
和近表面產生表面波。型號中列明的角度為有機玻璃斜塊的傾斜角(入射角)。
E.超聲波探傷儀可拆式斜探頭
斜探頭的一種特殊類型，將斜探頭分成斜塊、探頭芯兩個部分，使用時將兩者組合起來。常用的規(guī)格2.5P20的探頭芯、不同K值的斜塊(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0等等)。接受定制其他規(guī)格的可拆式斜探頭。
F.超聲波非金屬檢測用探頭
用于檢測非金屬材料，如混凝土、木材、巖石等。成對使用，一發(fā)一收，工作方式為透射式。鋁合金外殼，頻率從12.5KHz到250KHz，連接到探頭線的插座為Q9。
G.超聲波探傷儀雙晶探頭
裝有兩個晶片的探頭，一個作為發(fā)射器，另一個作為接收器。又稱分割式探頭、或者聯(lián)合雙探頭。雙晶探頭主要由插座、外殼、隔聲層、發(fā)射晶片、接收晶片、延遲塊等組成，使用垂直的縱波聲束掃查工件。相對直探頭而言，雙晶直探頭具有更好的近表面缺陷檢出能力；對于粗糙或者彎曲的檢測面，具有更好的耦合效果。
H.超聲波水浸式探頭
用于半自動或者自動化探傷系統(tǒng)中。當探頭發(fā)射的聲束軸線垂直于檢測面時，縱波直聲束掃查工件；調節(jié)探頭聲束軸線與檢測面成一定的夾角，聲束在水和工件這兩種介質的界面折射，可在工件中產生傾斜的橫波聲束來掃查工件。將探頭晶片前面的有機玻璃或者固化的環(huán)氧樹脂加工成一定弧度(球面或者圓柱面)，可得到點聚焦或者線聚焦的水浸式探頭。
超聲波探傷儀探頭的主要作用：一是將返回來的聲波轉換成電脈沖；二是控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度,當改變探頭入射角或改變超聲波的擴散角時,可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質內部或改變聲波的指向性,提高分辨率；三是實現(xiàn)波形轉換；四是控制工作頻率,適用于不同的工作條件.
超聲波探傷儀探頭種類繁多，日常使用中常見的探頭種類有以下幾種：
A.超聲波探傷儀直探頭
進行垂直探傷用的單晶片探頭，主要用于縱波探傷。直探頭由插座、外殼、保護膜、壓電晶片、吸聲材料等組成，頭接觸面為可更換的軟膜，用于檢測表面粗糙的工件。
B.超聲波探傷儀斜探頭
進行斜射探傷用的探頭，主要用于橫波探傷。斜探頭由斜塊、壓電晶片、吸聲材料、外殼、插座等組成，斜探頭的聲束與探頭表面傾斜，因此可用于檢測直聲束無法到達的部位、或者缺陷的方向與檢測面之間存在夾角的區(qū)域。
C.超聲波探傷儀小徑管探頭
單晶微型橫波斜探頭，用于小直徑薄壁管焊接接頭的檢驗。檢測標準參照電力行業(yè)標準DL/T8202002《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規(guī)程》，適合檢測管徑≥32mm、小于等于159mm，壁厚≥4mm、小于14mm的小直徑薄壁管；也可適用于其他行業(yè)類似管道的檢測。探頭外形尺寸小,前沿距離≤5mm，始脈沖占寬≤1.5mm(相當于鋼中深度)，分辨力大于等于20dB。根據(jù)被檢測管道外徑的不同，檢測面被加工成對應管徑的弧度。
D.超聲波探傷儀表面波探頭
用于發(fā)射和接收表面波的探頭。表面波是沿工件表面?zhèn)鞑サ牟ǎ惦S表面下的深度迅速減少，傳播速度是橫波的0.9倍，質點的振動軌跡為橢圓。表面波探頭在被檢工件的表面
和近表面產生表面波。型號中列明的角度為有機玻璃斜塊的傾斜角(入射角)。
E.超聲波探傷儀可拆式斜探頭
斜探頭的一種特殊類型，將斜探頭分成斜塊、探頭芯兩個部分，使用時將兩者組合起來。常用的規(guī)格2.5P20的探頭芯、不同K值的斜塊(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0等等)。接受定制其他規(guī)格的可拆式斜探頭。
F.超聲波非金屬檢測用探頭
用于檢測非金屬材料，如混凝土、木材、巖石等。成對使用，一發(fā)一收，工作方式為透射式。鋁合金外殼，頻率從12.5KHz到250KHz，連接到探頭線的插座為Q9。
G.超聲波探傷儀雙晶探頭
裝有兩個晶片的探頭，一個作為發(fā)射器，另一個作為接收器。又稱分割式探頭、或者聯(lián)合雙探頭。雙晶探頭主要由插座、外殼、隔聲層、發(fā)射晶片、接收晶片、延遲塊等組成，使用垂直的縱波聲束掃查工件。相對直探頭而言，雙晶直探頭具有更好的近表面缺陷檢出能力；對于粗糙或者彎曲的檢測面，具有更好的耦合效果。
H.超聲波水浸式探頭
用于半自動或者自動化探傷系統(tǒng)中。當探頭發(fā)射的聲束軸線垂直于檢測面時，縱波直聲束掃查工件；調節(jié)探頭聲束軸線與檢測面成一定的夾角，聲束在水和工件這兩種介質的界面折射，可在工件中產生傾斜的橫波聲束來掃查工件。將探頭晶片前面的有機玻璃或者固化的環(huán)氧樹脂加工成一定弧度(球面或者圓柱面)，可得到點聚焦或者線聚焦的水浸式探頭。
如何選擇超聲波探傷儀探頭？下面給出常用的超聲波斜探頭的選擇方案參考：
1.斜探頭K值與角度的對應關系
|
NO.
|
K值
|
對應角度
|
|
1
|
K1
|
對應45度
|
|
2
|
K1.5
|
對應56.3度
|
|
3
|
K2
|
對應63.4度
|
|
4
|
K2.5
|
對應68.2度
|
|
5
|
K3
|
對應71.6度
|
2.焊縫探傷超聲波探頭的選擇方案參考
|
編號
|
被測工件厚度
|
選擇探頭和斜率
|
選擇探頭和斜率
|
|
1
|
4—5mm
|
6×6 K3
|
不銹鋼：1.25MHz
鑄鐵：0.5—2.5 MHz
普通鋼：5MHz
|
|
2
|
6—8mm
|
8×8 K3
|
|
3
|
9—10mm
|
9×9 K3
|
|
4
|
11—12mm
|
9×9 K2.5
|
|
5
|
13—16 mm
|
9×9 K2
|
|
6
|
17—25 mm
|
13×13 K2
|
|
7
|
26—30 mm
|
13×13 K2.5
|
|
8
|
31—46 mm
|
13×13 K1.5
|
|
9
|
47—120 mm
|
13×13( K2—K1)
|
|
10
|
121—400 mm
|
18×18 ( K2—K1)
20×20 ( K2—K1)
|
注:以上方案僅作參考,各企業(yè)可視具體情況稍作改動.
