超聲波探頭用什麼玻璃

A. 怎樣選擇超聲波探頭和試塊，有什麼標准，依據是什麼

看一下網路的資料：

超聲波探頭
以構造分類
1.直探頭: 單晶縱波直探頭 雙晶縱波直探頭
2.斜探頭: 單晶橫波斜探頭a1<aL<aⅡ ， 雙晶橫波斜探頭
單晶縱波斜探頭 aL<a1為小角度縱波斜探頭
aL在a1附近為爬波探頭 爬波探頭；沿工件表面傳輸的縱波，速度快、能量大、波長長探測深度較表面波深，對工件表面光潔度要求較表面波松。（頻率2.5MHZ波長約2.4mm，講義附件11、12、17題部分答案）。
3.帶曲率探頭: 周向曲率 徑向曲率。
周向曲率探頭適合---無縫鋼管、直縫焊管、筒型鍛件、軸類工件等軸向缺陷的檢測。工件直徑小於2000mm時為保證耦合良好探頭都需磨周向曲率。
徑向曲率探頭適合---無縫鋼管、鋼管對接焊縫、筒型鍛件、軸類工件等徑向缺陷的檢測。工件直徑小於600mm時為保證耦合良好探頭都需磨徑向曲率。
4.聚焦探頭: 點聚焦 線聚焦。
5.表面波探頭:(當縱波入射角大於或等於第二臨界角,既橫波折射角度等於90形成表面波).
沿工件表面傳輸的橫波，速度慢、能量低、波長短探測深度較爬波淺，對工件表面光潔度要求較爬波嚴格。
第一章「波的類型」中學到：表面波探傷只能發現距工件表面兩倍波長深度內的缺陷。（頻率2.5MHZ波長約1.3mm，講義附件11、12題部分答案）。
壓電材料的主要性能參數
1.壓電應變常數d33:
d33=Dt/U在壓電晶片上加U這么大的應力,壓電晶片在厚度上發生了Dt的變化量,d33越大,發射靈敏度越高(82頁最下一行錯)。
2.壓電電壓常數g33:
g33=UP/P在壓電晶片上加P這么大的應力.在壓電晶片上產生UP這么大的電壓,g33越大,接收靈敏度越高。
3.介電常數e:
e=Ct/A[C-電容、t-極板距離(晶片厚度)、A-極板面積(晶片面積)];
C小→e小→充、放電時間短.頻率高。
4.機電偶合系數K:
表示壓電材料機械能(聲能)與電能之間的轉換效率。
對於正壓電效應:K=轉換的電能/輸入的機械能。
對於逆壓電效應:K=轉換的機械能/輸入的電能.
晶片振動時,厚度和徑向兩個方向同時伸縮變形,厚度方向變形大,探測靈敏度高,徑向方向變形大,雜波多,分辨力降低,盲區增大,發射脈沖變寬.（講義附件16、19題部分答案）。
聲 速: 324.0 M/S 工件厚度: 16.00MM 探頭頻率: 2.500MC
探頭K值: 1.96 探頭前沿: 7.00MM 坡口類型: X
坡口角度: 60.00 對焊寬度: 2.00MM 補 償: -02 dB
判 廢: +05dB 定 量: -03dB 評 定: -09 dB
焊口編號: 0000 缺陷編號: 1. 檢測日期: 05.03.09
聲 速: 324.0 M/S 工件厚度: 16.00 MM 探頭頻率: 5.00 MC
探頭K值: 1.95 探頭前沿: 7.00 MM 坡口類型: X
坡口角度: 60.00 對焊寬度: 2.00 MM 補 償: -02 dB
判 廢: +05 dB 定 量: -03 dB 評 定: -09 dB
焊口編號: 0000 缺陷編號: 1. 檢測日期: 05.03.09
5.機械品質因子qm:
qm=E貯/E損,壓電晶片諧振時,貯存的機械能與在一個周期內(變形、恢復)損耗的能量之比稱……損耗主要是分子內摩擦引起的。
qm大,損耗小,振動時間長,脈沖寬度大,分辨力低。
qm小,損耗大,振動時間短,脈沖寬度小,分辨力高。
6.頻率常數Nt:
Nt=tf0,壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數,晶片材料一定,厚度越小,頻率越高. （講義附件16、19題部分答案）。
7.居里溫度Tc:
壓電材料的壓電效應,只能在一定的溫度范圍內產生,超過一定的溫度,壓電效應就會消失,使壓電效應消失的溫度稱居里溫度(主要是高溫影響)。
8．超聲波探頭的另一項重要指標：信噪比---有用信號與無用信號之比必須大於18 dB。（為什麼？）
探頭型號
(應注意的問題)
1．橫波探頭只報K值不報頻率和晶片尺寸。
2．雙晶探頭只報頻率和晶片尺寸不報F(菱形區對角線交點深度)值。
例：用雙晶直探頭檢12mm厚的板材，翼板厚度12mm的T型角焊縫，怎樣選F值？
講義附件（2題答案）。
應用舉例
1.斜探頭近場N=a´b´COSb/plCOSa。 λ =CS/¦.
直探頭近場N=D/4l。 λ=CL/¦.
2.橫波探傷時聲束應用范圍:1.64N-3N。
縱波探傷時聲束應用范圍:³3N。
雙晶直探頭探傷時,被檢工件厚度應在F菱形區內。
3.K值的確定應能保證一次聲程的終點越過焊縫中心線，與焊縫中心
線的交點到被檢工件內表面的距離應為被檢工件厚度的三分之一。
4.檢測16mm厚的工件用5P 9×9 K2、2.5P9X9K2、2.5P13X13K2那一種探頭合適(聚峰斜楔).以5P9X9K2探頭為例。
(1).判斷一次聲程的終點能否越過焊縫中心線?
（焊縫余高全寬+前沿）/工件厚度
(2).利用公式：
N?(工件內剩餘近場長度)=N(探頭形成的近場長度)—N?(探頭內部佔有的近場長度) =axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,計算被檢工件內部佔有的近場長度。講義附件（14題答案）。
A． 查教材54頁表:
材料 K值 1.0 1.5 2.0 2.5 3
有機玻璃 COSb/ COSa 0.88 0.78 0.68 0.6 0.52
聚碸 COSb/ COSa 0.83 0.704 0.6 0.51 0.44
有機玻璃 tga /tgb 0.75 0.66 0.58 0.5 0.44
聚碸 tga /tgb 0.62 0.52 0.44 0.38 0.33
COSb/COSa、tga/tgb與K值的關系
查表可知cosβ/cosα=0.6, tgα/tgβ=0.44, 計算可知α=41.35°.
B． λ=Cs/?=3.24/5=0.65mm
C． 參考圖計算可知：
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.
工件內部剩餘的近場(N?)=N-N?=20.6mm(此范圍以內均屬近場探傷).
(1.64N-N?)與IS比較, (3N-N?)與2S比較,
使用2.5P13X13K2探頭檢測16mm厚工件,1.64N與3N和5P9X9K2探頭基本相同,但使用中仍存在問題，2.5P9X9K2探頭存在什麼問題？
一.探傷過程中存在的典型問題:
不同探頭同一試塊的測量結果

反射體深度 1#探頭 2#探頭
橫波折射角 聲程 橫波折射角 聲程
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´13 2.晶片尺寸10´20.
試驗中發現:同一探頭(入射角不變)在不同深度反射體上測得的橫波折射角不同,進一步試驗還發現,折射角的變化趨勢與晶片的結構尺寸有關,對不同結構尺寸的晶片,折射角的變化趨勢不同,甚至完全相反,而對同一
晶片,改變探頭縱波入射角,其折射角變化趨勢基本不變,上表是兩個晶片尺寸不同的探頭在同一試塊上測量的結果.
1#探頭聲束中心軌跡 2#探頭聲束中心軌跡
1.縱波與橫波探頭概念不清.
第一臨界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbL/CL2,當CL2>CL1時,bL>aL,隨著aL增加,bL也增加,當aL增加到一定程度時,bL=90,這時所對應的縱波入射角稱為第一臨界角aI,
aI=SinCL1/CL2=Sin2730/5900=27.6,當aL<aI時,第二介質中既有折射縱波L¢¢又有折射橫波S¢¢.
第二臨界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbS/CS2, 當Cs2>CL1時,bS>aL,隨著aL增加,bS也增加,當aL增加一定程度時,bS=90,這時所對應的縱波入射角稱為第二臨界角aⅡ.aⅡ
=SinCL1/CS2=Sin2730/3240=57.7.當aL=aI--aⅡ時,第二介質中只有折射橫波S,沒有折射縱波L,常用橫波探頭的製作原理。
利用折射定律判斷1#探頭是否為橫波探頭。
A. 存橫波探傷的條件:Sin27.6/2730=Sinb/3240, Sinb=Sin27.6´3240/2730=0.55,b=33.36,K=0.66。
B.折射角為21.7時： Sina/2730=Sin21.7/3240,Sina=Sin21.7´2730/3240,a=18.15,
小於第一臨界角27.6。
折射角為28.9時：
Sina/2730=Sin28.9/3240,Sina= Sin28.9´2730/3240,a=24,也小於第一臨界角27.6。
C.如何解釋1#探頭隨反射體深度增加,折射角逐漸增大的現象,由A、B
可知,1#探頭實際為縱波斜探頭,同樣存在上半擴散角與下半擴散角,而且上半擴散角大於下半擴散角。（講義附件9題答案）。
縱波入射角aL由0逐漸向第一臨界角aI(27.6)增加時,第二介質中的縱波能量逐漸減弱,橫波能量逐漸增強,在聲束的一定范圍內,q下區域內的縱波能量大於q上區域內的縱波能量,探測不同深度的孔,實際上是由q下區域內的縱波分量獲得反射回波最高點。
由超聲場橫截面聲壓分布情況來看,A點聲壓在下半擴散角之內,B點聲壓在上半擴散角之內,且A點聲壓高於B點聲壓。再以近場長度N的概念來分析,2.5P 13´13 K1探頭N=36.5mm,由此可知反射體深度20mm時,聲程約21.7mm,b=21.7時N=40.07mm為近場探傷。
在近場內隨著反射體深度增加聲程增大,A點與B點的能量逐漸向C點增加,折射角度小的探頭角度逐漸增大,折射角度大的探頭角度逐漸減少。
2.盲目追求短前沿:
以2.5P 13´13 K2探頭為例,b=15mm與b=11mm,斜楔為有機玻璃材料;
(1).檢測20mm厚,X口對接焊縫,缺陷為焊縫層間未焊透.
(2).信噪比的關系:有用波與雜波幅度之比必須大於18dB.
(3).為什麼一次標記點與二次標記點之間有固定波？
由54頁表可知：COSb/COSa=0.68，K2探頭b=63.44°，
COS63.44°=0.447，COSa=0.447/0.68=0.66，
COSa=6.5/LX，前沿LX=6.5/0.66=9.85mm。（講義附件6題答案）。
3.如何正確選擇雙晶直探頭:
(1).構造、聲場形狀、菱形區的選擇;
(2).用途:為避開近場區,主要檢測薄板工件中面積形缺陷.
(3).發射晶片聯接儀器R口,接收晶片聯接T口(匹配線圈的作用).
4.探頭應用舉例:
二.超聲波探頭的工作原理:
1．通過壓電效應發射、接收超聲波。
2．640V的交變電壓加至壓電晶片銀層，使面積相同間隔一定距離的兩塊金屬極板分別帶上等量異種電荷形成電場，有電場就存在電場力，壓電晶片處在電場中，在電場力的作用下發生形變，在交變電場力的作用下，發生變形的效應，稱為逆壓電效應，也是發射超聲波的過程。
3．超聲波是機械波，機械波是由振動產生的，超聲波發現缺陷引起缺陷振動，其中一部分沿原路返回，由於超聲波具有一定的能量，再作用到壓電晶體上，使壓電晶體在交變拉、壓力作用下產生交變電場，這種效應稱為正壓電效應，是接收超聲波的過程。正、逆壓電效應統稱為壓電效應。
※以儀器的電路來說，只能放大電壓或電流信號，不能放大聲信號。
試塊
※強調等效試塊的作用。
1．常用試塊的結構尺寸、各部位的用途，存在問題；（講義附件8、10、13、18題答案）。
2．三角槽與線切割裂紋的區別；
3．立孔與工件中缺陷的比較：
4．幾種自製試塊的使用方法；
A．奧氏體試塊：
B．雙孔法校準（主要用於縱波斜探頭探傷,如螺栓）（講義附件5、7題答案）。
計算公式：令h2/h1=n；
a=[n（t1+f/2）-（t2+f/2）]/(n-1) …… 1式
t1與t2為一次聲程分別發現h1與h2孔時的聲程（包含a）；
COSb=h1/（t1+f/2-a），b=COSh1/（t1+f/2-a）；
tgb=K，K=tgCOSh1/（t1+f/2-a） …… 2式
b=（L2-nL1）/（n-1） …… 3式
C．外圓雙孔法校準原理（外徑f>100mm的工件周向探傷用）：
計算公式：q=（ - ）180/Rp …… 1式
…… 2式
j=Sin[Sinq（R-h2）/A¢B] …… 3式
b=Sin（R-h1）Sinj/R …… 4式
tgb=K=tgSin（R-h1）Sinj/R …… 5式
=ÐeR/57.3- …… 6式
Ðe=Ðj-Ðb.
D.雙弧單孔法校準（外徑Φ<100mm的工件周向探傷用）:
(1)距離校準同CSK-ⅠA校圓弧;
(2).K值校準 b=COS[R2+(S+f/2)-(R-h)]/2R2(S+f/2) tgb=K
（講義附件3、15題答案）。
常用的兩種探傷方法
1.曲線法;
2.幅值法.

B. 實施超聲探傷時，應如何選擇超聲探頭

超聲波探傷中，超聲波的發射和接收都是通過探頭來實現的。探頭的種類很多，結構型式也不一樣。探傷前應根據被檢對象的形狀、衰減和技術要求來選擇探頭。探頭的選擇包括探頭型式、頻率、晶片尺寸和斜探頭K值的選擇等。

1. 探頭型式的選擇
   常用的探頭型式有縱波直探頭、橫波斜探頭表面波探頭、雙晶探頭、聚焦探頭等。一般根據工件的形狀和可能出現缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的型式，使聲束軸線盡量與缺陷垂直。
   縱波直探頭只能發舉敬射和接收縱波，束軸線垂直於探測面，主要用於探測與探測面平行的缺陷，如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。
   橫波斜探頭是通過波形轉換來實現橫波探傷的。主要用於探測與深測面垂直或成一定角的缺陷。如焊縫生中的未焊透、夾渣、未溶合等缺陷。
   表面波探頭用於探測工件表面缺陷，雙拿凱晶探頭用於探測工件近表面缺陷。聚焦探頭用於水浸探測管材或板材。

2. 探頭頻率的選擇
   超聲波探傷頻率在O.5～10MHz之間，選擇范圍大。一般選擇頻率時應考慮以下因索。
   (1)由於波的繞射，使超聲波探傷靈敏度約為，因此提高頻率，有利於發現正敏慎更小的缺陷。
   (2)頻率高，脈沖寬度小，分辨力高，有利於區分相鄰缺陷。
   (3)可知，頻率高，波長短，則半擴散角小，聲束指向性好，能量集中，有利於發現缺陷並對缺陷定位。
   (4)可知，頻率高，波長短，近場區長度大，對探傷不利。
   (5)可知，頻率增加，衰減急劇增加。
   由以上分析可知，頻率的離低對探傷有較大的影響。頻率高，靈敏度和分辨力高，指向性好，對探傷有利。但頻率高，近場區長度大，衰減大，又對探傷不利。實際探傷中要全面分析考慮各方面的因索，合理選擇頻率。一般在保證探傷靈敏度的前提下盡可能選用較低的頻率。
   對於晶粒較細的鍛件、軋製件和焊接件等，一般選用較高的頻率，長用2.5～5.0MHz。對晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等宜選用較低的頻率，常用O.5～2.5MHz。如果頻率過高，就會引起嚴重衰減，示波屏上出現林狀回波，信噪比下降，甚至無法探傷。

3. 探頭晶片尺寸的選擇中科朴道超聲波探傷儀
   探頭圓晶片尺寸一般為φ10～φ30mm，晶片大小對探傷也有一定的影響，選擇晶片尺寸時要考慮以下因素。
   (l)可知，晶片尺寸增加，半擴散角減少，波束指向性變好，超聲波能量集中，對探傷有利。
   (2)由N=等可知，晶片尺寸增加，近場區長度迅速增加，對探傷不利。
   (3)晶片尺寸大，輻射的超聲波能量大，探頭未擴散區掃查范圍大，遠距離掃查范圍相對變小，發現遠距離缺陷能力增強。
   以上分析說明晶片大小對聲柬指向性，近場區長度、近距離掃查范圍和遠距離缺陷檢出能力有較大的影響。實際探傷中，探傷面積范圍大的工件時，為了提高探傷效率宜選用大晶片探頭。探傷厚度大的工件時，為了有效地發現遠距離的缺陷宜選用大晶片探頭。探傷小型工件時，為了提高缺陷定位定量精度宜選用小晶片探頭。探傷表面不太平整，曲率較大的工件時，為了減少耦合損失宜選用小晶片探頭。

4. 橫渡斜探頭K值的選擇
   在橫波探傷中，探頭的K值對探傷靈敏度、聲束軸線的方向，一次波的聲程(入射點至底面反射點的距離)有較大的影響。由圖l.39可知，對於用有機玻璃斜探頭探傷鋼制工傳，βs=40°(K=O.84)左右時，聲壓往復透射率最高，即探傷靈敏度最高。由K=tgβs可知，K值大，βs大，一次波的聲程大。因此在實際探傷中，當工件厚度較小時，應選用較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場區探傷。當工件厚度較大時，應選用較小的K值。