行业资讯 \ 超声探测的频率和探头的选择

一、频率的选择

超声频率在很大程度上决定了超声波的探测能力，必须选取合适。

频率高时，波长短，声束窄，扩散角小，能量集中，因而发现小缺陷能力强，分辨力好，缺陷定位准确。但扫查空间小，仅能发现声束轴线附近位置的缺陷。此外，高频率超声波在材料中衰减大，穿透能力差。

频率低时，波长长，声束宽，扩散角大，能量不集中，因而发现小缺陷能力差，分辨力差。但扫查空间大。此外，低频超声波在材料中衰减小、穿透能力强。

在一般的接触法探测中，对于晶粒细小的材料，考虑到探测范围和分辨能力等因素，采用2.5~5兆赫的频率是合适的，例如大型锻件、焊缝等采用2.5兆赫，小型锻件采用2.5兆赫或5兆赫。超声波探伤能够发现的最小缺陷，一般是在入/2左右。当采用2.5兆赫或5兆赫的频率时，能发现的最小缺陷约1毫米左右，这对我们通常所要求探测的缺陷大小是足够了。

对于晶粒粗大、对超声散射较强烈的材料，频率高时，就会出现晶界引起的林状回波，致使无法判伤。因此对于这类材料，一般选用0.5~1兆赫。对于铸铁、非金属等声衰减强烈的材料，甚至采用几十千赫的频率。

至于10兆赫频率，仅在被检工件较薄且要求对小缺陷有特别高的灵敏度时才使用。10兆赫频率的晶片较薄，易损坏。

二、探头的选择

超声波探测中，超声波的发射与接收，都是通过探头实现的。探头类型很多，性能各异，因此需根据检验对象，合理地选择探头。探头的选择主要是对频率、晶片尺寸和角度等孔方面的选择。

关于探头的频率，可按上面所述原则进行选择。

探头晶片尺寸大时，发射能量大，扩散角小，扫查空间大，近场长度长，发现远距离小缺陷的能力高。

对于圆形晶片的探头，一般采用直径为14~20毫米的晶片。对大型工件的探伤，尽可能使用大直径晶片的探头。小直径晶片的探头在近场范围内声束窄，有利于缺陷定位，适宜于较小厚度工件的探伤。

探头晶片尺寸的选择还要考虑工件探测面和结构等情况。例如，检查叶片燕尾形叶根裂纹和用斜探头检查肩部尺寸较窄的轴向键槽裂纹等情况时，往往不得不采用品片尺寸较小的探头。

根据探伤的需要，要求探头发射的超声波有适当的声束形状。而声束形状与探头的频率、晶片尺寸都有关系，因此对二者要综合考虑。

对于缺陷的定位和定量，选择探头的原则是，声束应尽可能地狭窄，声束相对缺陷要垂直入射。在某些情况下需要使能量更加集中，可采用线聚焦或点聚焦探头。近年来聚焦探头用来解决缺陷的定性、定量问题已取得进展。

就探伤灵敏度而言，如果忽略超声波在材料中的衰减，近场长度确定了灵敏度随缺陷至探头距离增大面下降的快慢，近场愈长，灵敏度下降愈慢。因此，为使灵敏度随距离的下降最小，要尽可能选择近场长度不小于缺陷最大深度1/3的探头。在探测大型工件时往往不能满足这个条件。因为增加近场长度，一要提高频率，二要增大晶片直径。频率过高，衰减大，不宜采用；虽然近场长度随晶片直径的平方增长，但大多数工件没有足够大的接触面积，晶片直径也不能太大。

探头型式的选择也要视具体情况而定。选择直探头或斜探头，主要取决于欲发现缺陷的部位及方位。例如在探测锻件时，因为缺陷大多垂直于锻压方向，一般选用直探头在锻压面上探测；又例如检查焊缝时，因为存在焊缝加强面以及危险缺陷大多垂直于或大致垂直于探测面，一般选用斜探头探伤。

一些特殊位置和形状的缺陷，只用单探头（同时起收发作用）是不能发现的。例如近表面的缺陷，纵波探伤往往需要使用双探头（一发一收）或双晶片探头。又例如对薄壁管焊缝探伤，为了使声能集中和减少杂波，也需要用双晶片斜探头。