超声波检测之双晶探头

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。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。（见下图）

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。

正确选择双晶探头

1、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5MHz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1MHz—2.5MHz的低频率双晶探头。

2、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。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。

3、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。菱形区愈长，焦距愈大，探测深度愈深，适合厚工件的探伤检验，菱形区愈短，焦距愈小，探测深度愈浅，适合薄工件的探伤。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。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—10mm左右。双晶探头的探伤灵敏度先随缺陷的深度增加而增高，到达大值后又随深度增加而下降田，这种探伤灵敏度的变化是双晶探头的特点。

双晶直探头板材检测

1、探头的选择

板厚≤60mm厚的钢板可选用双晶直探头，探伤的目的就是扫查出缺陷在整个厚度范围内的位置以及在板面上的分布，根据缺陷大小，依据标准判定其合格与否。由于钢板缺陷的富集区一般在钢板中心部位，其次是板厚的1/4和3/4处，所以探头的选择和灵敏度的调整，必须考虑钢板中心部位应有较高的检出能力，且其他部位不漏检。例如检测20mm规格钢板，缺陷在10mm处易出现，选择焦距F10探头，以20mm大平底调整灵敏度，既能保证10mm位置处较高的检测灵敏度，又能保证3和20mm位置有基本相同的灵敏度;同样对于10mm钢板，选择焦距F5探头，以10mm大平底调整灵敏度，保证了5mm位置处较高的检测能力，又能保证3和10mm位置的灵敏度基本相同，所以，为保证钢板检测质量，理想的双晶探头焦距应等于钢板厚度的一半。

2、扫查方式

NB/T47013-2015规定的扫查方式见下图

1）钢板边缘或坡口预定线两侧（50、75、100）100%扫查； 2）中心部分间距不大于50mm平行线或间距不大于100mm的格子线扫查。

3）双晶直探头扫查时，探头的移动方向应与探头隔声层相垂直。

3、缺陷性质估计

分层：缺陷波形陡直，底波明显下降或消失；

折叠：不一定有缺陷波，但底波明显下降，次数减少甚至消失，始波加宽；

白点：波形密集尖锐活跃，底波明显下降，次数减少，重复性差，移动探头，回波此起彼伏。