不銹鋼管超聲波探傷的傳播速度以及探頭種類

 超聲波探傷是目前應(yīng)用最廣泛的無(wú)損探傷方法之一。超聲波探傷的物理基礎(chǔ)是機(jī)械波和波動(dòng)，實(shí)質(zhì)上超聲波就是一種機(jī)械波。超聲波探傷中，主要涉及幾何聲學(xué)和物理聲學(xué)中的一些基本定律和概念，如幾何聲學(xué)中的反射、折射定律及波形轉(zhuǎn)換，物理聲學(xué)中波的疊加、干涉、繞射及惠更斯原理等。深入理解幾何聲學(xué)和物理聲學(xué)中的有關(guān)概念，掌握其中的基本定律，對(duì)于靈活運(yùn)用超聲波理論去解決實(shí)際不銹鋼管探傷中的各種問(wèn)題無(wú)疑是十分有益的。

 一、超聲波的傳播速度

   超聲波在介質(zhì)之中的傳播速度與介質(zhì)的彈性模量有關(guān)，它在同一介質(zhì)中傳播時(shí)的傳播速度恒定。超聲波的類型可以分為縱波、橫波、表面波等，固體介質(zhì)在傳播縱波、橫波、表面波時(shí)的速度不一樣。

二、超聲波探頭的種類

   超聲波探頭的種類很多，根據(jù)不銹鋼管波形不同分為縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭和板波探頭等。根據(jù)耦合方式分為接觸式探頭和液浸探頭；根據(jù)波束分為聚焦探頭和非聚焦探頭；根據(jù)晶片數(shù)不同分為單晶探頭、雙晶探頭等。此外還有高溫探頭、微型探頭等特殊探頭。下面介紹幾種常用的探頭。

  1. 直探頭（縱波探頭）

  直探頭用于發(fā)射和接收縱波，故又稱為縱波探頭。直探頭主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷，如板材、鍛件探傷、方形不銹鋼管等。直探頭的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要有壓電晶片、保護(hù)膜、阻尼塊、電纜接頭和外殼等部分。壓電晶片的作用是發(fā)射和接收超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲換能。保護(hù)膜的作用是保護(hù)壓電晶片不至于磨損或損壞。保護(hù)膜分為軟、硬保護(hù)膜兩種。硬保護(hù)膜用于表面粗糙度較低的衛(wèi)生級(jí)不銹鋼管探傷。軟保護(hù)膜用于表面粗糙度較高的工件探傷。阻尼塊緊貼壓電晶片，對(duì)于電晶片的振動(dòng)起阻尼作用。外殼的作用在于將各部分組合在一起，并給以保護(hù)。

  2. 斜探頭

 斜探頭可分為縱波斜探頭、橫波斜探頭、表面波斜探頭。這里僅介紹橫波斜探頭。橫波斜探頭是利用橫波探傷，主要用于探測(cè)與探測(cè)面垂直或成一定角度的缺陷，如不銹鋼管的焊縫探傷等。斜探頭的結(jié)構(gòu)如圖所示。由圖可知，橫波斜探頭實(shí)際上是直探頭加透聲斜楔組成。由于晶片不直接與工件接觸，因此這里的探頭沒(méi)有保護(hù)膜。透聲斜楔的作用是實(shí)現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換，使被探焊管中只存在折射橫波。一般透聲斜楔由有機(jī)玻璃制成，斜楔前面開(kāi)槽，可以減少反射雜波。還可以將斜楔做成牛角形，使反射波進(jìn)入牛角出不來(lái)，從而減少雜波。

  3. 表面波探頭

  當(dāng)斜探頭的入射角大于或等于第二臨界角時(shí)，便在薄壁不銹鋼管中產(chǎn)生表面波。因此表面波探頭是斜探頭的一個(gè)特例。它用于產(chǎn)生和接收表面波，以便于檢測(cè)不銹鋼管表面或近表面缺陷。表面波探頭的結(jié)構(gòu)與橫波斜探頭的一樣，唯一不同的是斜楔塊的入射角不同。

  4. 雙晶探頭

   雙晶探頭有兩塊晶片，一片用于發(fā)射超聲波，另一塊用于接收超聲波。根據(jù)入射角的不同，雙晶探頭分為雙晶縱波探頭、雙晶橫波探頭。

   雙晶橫波探頭具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    a. 靈敏度高：雙晶探頭有兩塊晶片，一片發(fā)射、一片接收，發(fā)射晶片用發(fā)射靈敏度高的壓電材料制成，接收晶片由接收靈敏度高的壓電材料制成。

    b. 雜波少、盲區(qū)小。

    c. 不銹鋼管中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度小。

    d. 探測(cè)范圍可調(diào)。

    另外還有聚焦探頭、可變角探頭等。