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)用最廣泛的無損探傷方法之一。超聲波探傷的物理基礎(chǔ)是機械波和波動，實質(zhì)上超聲波就是一種機械波。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，對于靈活運用超聲波理論去解決實際不銹鋼管探傷中的各種問題無疑是十分有益的。

 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與探測面平行的缺陷，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，實現(xiàn)電聲換能。保護膜的作用是保護壓電晶片不至于磨損或損壞。保護膜分為軟、硬保護膜兩種。硬保護膜用于表面粗糙度較低的衛(wèi)生級不銹鋼管探傷。軟保護膜用于表面粗糙度較高的工件探傷。阻尼塊緊貼壓電晶片，對于電晶片的振動起阻尼作用。外殼的作用在于將各部分組合在一起，并給以保護。

  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，主要用于探測與探測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，因此這里的探頭沒有保護膜。透聲斜楔的作用是實現(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玻璃制成，斜楔前面開槽，可以減少反射雜波。還可以將斜楔做成牛角形，使反射波進入牛角出不來，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，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特例。它用于產(chǎn)生和接收表面波，以便于檢測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：

    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. 不銹鋼管中近場區(qū)長度小。

    d. 探測范圍可調(diào)。

    另外還有聚焦探頭、可變角探頭等。