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双晶探头及射频方式检测攻略 近 日 ， 不 少 客 户 在 利 用 双 晶 探 头 对 薄 板 母 材 探 伤 的 过 程 中 ， 打 电 话 给 我 们 咨 询 如 何 正 确 选 择 和 使 用 双 晶 探 头 探 伤 本 文 分 三 个 部 分 和 大 家 一 起 探 讨 “ 双 晶 探 头 的 结 构 和 工 作 原 理 ” 、 “ 如 何 正 确 选 择 双 晶 探 头 ” 、 “ 射 频 检 波 方 式 的 表 面 探 伤 应 用 ” 双 晶 探 头 的 结 构 和 工 作 原 理 一 般 来 讲 ， 一 个 探 头 壳 体 内 装 有 两 个 晶 片 的 探 头 我 们 称 之 为 双 晶 探 头 ， 又 称 分 割 式 探 头 由 两 个 纵 波 晶 片 组 合 成 的 双 晶 探 头 称 为 纵 波 双 晶 探 头 ， 又 称 双 晶 直 探 头 ； 由 两 个 横 波 晶 片 组 成 的 双 晶 探 头 称 为 横 波 双 晶 探 头 ， 又 称 双 晶 斜 探 头 这 两 种 双 晶 探 头 中 ， 双 晶 直 探 头 的 应 用 较 为 广 泛 ， 以 下 以 双 晶 直 探 头 为 例 重 点 探 讨 双 晶 直 探 头 的 结 构 和 工 作 原 理 ： 双 晶 直 探 头 的 两 个 纵 波 晶 片 一 个 用 于 发 射 超 声 ， 一 个 用 于 接 收 超 声 。

发 射 压 电 晶 片 大 都 采 用 发 射 性 能 好 的 锆 钛 酸 铅 ， 接 收 压 电 晶 片 大 都 采 用 接 收 性 能 好 的 硫 酸 锂 区 别 于 单 晶 探 头 而 言 ， 双 晶 探 头 的 发 射 灵 敏 度 和 接 收 灵 敏 度 都 更 高 双 晶 探 头 的 两 个 晶 片 之 间 有 一 片 吸 声 性 强 、 绝 缘 性 好 的 隔 声 层 ， 它 不 仅 用 于 克 服 发 射 声 束 与 反 射 声 束 的 相 互 干 扰 和 阻 塞 ， 而 且 能 使 脉 冲 变 窄 、 分 辨 率 提 高 、 消 除 发 射 晶 片 和 延 迟 块 之 间 的 反 射 杂 波 进 入 接 收 晶 片 ， 有 效 减 少 杂 波 由 于 双 晶 探 头 的 发 射 部 分 和 接 收 部 分 都 带 有 延 迟 块 ， 能 使 探 伤 盲 区 大 幅 减 小 ， 故 双 晶 探 头 对 表 面 缺 陷 的 探 伤 十 分 有 利 如 何 正 确 选 择 双 晶 探 头 a 、 探 头 频 率 的 选 择 超 声 的 发 射 频 率 在 很 大 程 度 上 决 定 了 超 声 波 探 伤 的 检 测 能 力 。

频 率 高 时 ， 波 长 短 ， 声 束 指 向 性 好 ， 扩 散 角 较 小 ， 能 量 集 中 ， 因 而 发 现 小 缺 陷 的 能 力 则 比 较 强 、 分 辨 力 好 、 缺 陷 定 位 准 确 但 高 频 率 超 声 在 材 料 中 衰 减 较 大 ， 穿 透 能 力 较 差 ， 反 之 亦 然 由 于 双 晶 探 头 适 用 于 较 薄 工 件 的 探 伤 ， 不 需 要 较 强 的 穿 透 力 因 此 可 以 采 用 较 高 频 率 的 探 头 对 于 锻 件 ， 板 材 ， 棒 材 等 晶 粒 细 小 的 工 件 ， 可 以 采 用 5 M H z 的 双 晶 探 头 （ 若 被 检 工 件 表 面 较 粗 糙 ， 高 频 超 声 散 射 较 大 ， 不 易 射 入 ， 则 容 易 出 现 林 状 回 波 ） 对 于 晶 粒 粗 大 ， 超 声 散 射 严 重 的 材 料 ， 如 奥 斯 体 不 锈 钢 和 铸 造 件 等 ， 频 率 高 时 ， 也 会 出 现 晶 界 引 起 的 林 状 回 波 ， 致 使 无 法 探 伤 ， 对 于 这 一 类 材 料 ， 建 议 选 用 1 M H z ~ 2 . 5 M H z 的 低 频 率 双 晶 探 头 。

b 、 晶 片 尺 寸 的 选 择 从 以 上 介 绍 的 双 晶 探 头 的 工 作 原 理 来 看 ， 双 晶 探 头 探 伤 主 要 取 决 于 双 晶 探 头 的 声 能 集 中 区 ， 跟 晶 片 的 大 小 没 有 直 接 的 关 系 双 晶 探 头 的 晶 片 大 小 ， 只 与 工 件 探 测 面 积 的 大 小 有 关 ， 当 检 测 面 积 大 时 ， 为 了 提 高 探 伤 效 率 ， 宜 采 用 晶 片 尺 寸 较 大 的 探 头 ， 如 ？ 1 4 m m ， 2 0 m m 等 当 检 测 面 积 较 小 ， 或 者 检 测 面 带 有 一 定 曲 率 的 情 况 下 ， 为 了 减 少 耦 合 损 失 宜 用 晶 片 尺 寸 小 的 探 头 c 、 焦 距 的 选 择 双 晶 探 头 的 两 个 晶 片 都 有 一 定 的 倾 斜 角 度 发 射 声 束 与 接 收 声 束 必 然 会 产 生 相 交 ， 形 成 棱 形 的 区 域 ， 此 区 域 即 为 探 伤 区 域 处 于 棱 形 区 的 缺 陷 ， 其 反 射 信 号 强 ， 同 时 对 于 同 样 大 小 的 缺 陷 ， 位 于 棱 形 区 中 心 时 ， 反 射 信 号 最 强 。

因 此 在 实 际 探 伤 过 程 中 ， 要 根 据 被 检 工 件 的 厚 度 选 取 适 当 的 焦 距 焦 距 越 小 ， 则 对 薄 工 件 的 探 伤 越 有 利 一 般 来 说 ， 选 择 双 晶 探 头 的 焦 距 小 于 被 检 工 件 厚 度 5 ~ 1 0 m m 左 右 射 频 检 波 方 法 的 表 面 探 伤 应 用 双 晶 探 头 的 探 伤 方 法 与 直 探 头 基 本 相 同 ， 这 里 着 重 介 绍 利 用 双 晶 探 头 和 数 字 超 声 探 伤 仪 的 射 频 检 波 方 式 检 测 表 面 缺 陷 传 统 超 声 探 伤 仪 的 检 波 方 式 大 都 为 正 弦 波 检 波 或 者 全 波 检 波 ， 此 两 种 检 波 方 式 在 薄 板 探 伤 时 ， 由 于 仪 器 设 置 声 程 较 小 ， 反 射 波 的 根 部 较 宽 ， 对 于 同 一 个 部 位 的 多 个 缺 陷 不 能 明 显 分 辨 射 频 检 波 方 式 则 可 以 有 效 解 决 这 一 问 题 。