Классификация, функции и принципы выбора датчиков, используемых в ультразвуковой дефектоскопии

Классификация, функции и принципы выбора датчиков, используемых в ультразвуковой дефектоскопии

1. Классификация ультразвуковых датчиков:

При ультразвуковой дефектоскопии необходимы датчики разных типов из-за разной формы, материалов, целей дефектоскопии и условий дефектоскопии тестируемых деталей. Ультразвуковые датчики можно классифицировать по различным методам индукции, обычно бывают следующих типов.

1) В зависимости от типа волны, генерируемой в детектируемой детали, ее можно разделить на зонд продольных волн, зонд поперечных волн, зонд с пластинчатой ​​волной (волна Лэмба), зонд с бегущей волной и зонд с поверхностной волной.

2) По направлению падающего звукового луча его можно разделить на прямой зонд и наклонный зонд.

3) В зависимости от способа соединения зонда и поверхности исследуемой детали его можно разделить на контактный зонд и погружной зонд.

4) В зависимости от материала пьезоэлектрической пластины в зонде его можно разделить на обычный пьезоэлектрический пластинчатый зонд и композитный пьезоэлектрический пластинчатый зонд.

5) По количеству пьезоэлектрических пластин в зонде его можно разделить на монокристаллический зонд, двухкристаллический зонд и поликристаллический зонд.

6) В зависимости от того, можно ли сфокусировать ультразвуковой звуковой луч, он делится на сфокусированный зонд и несфокусированный зонд.

7) По спектру ультразвуковых частот его можно разделить на широкополосные и узкополосные зонды.

8) В зависимости от кривизны соответствующей детали обнаружения его можно разделить на плоский зонд и изогнутый зонд.

9) Специальный зонд. Помимо обычных зондов, существуют зонды для особых условий и специального назначения.

2. Роль обычных типовых пробников

1) Зонды с продольной волной обычно называются прямыми зондами, которые в основном используются для обнаружения дефектов, параллельных поверхности обнаружения, таких как пластина, литье, ковка и т. Д.

2) Наклонные зонды поперечной волны используют обнаружение поперечной волны. Угол падения находится между первым критическим углом и вторым критическим углом, а преломленная волна является чистой поперечной волной. В основном он используется для обнаружения дефектов перпендикулярно или под определенным углом к ​​поверхности обнаружения. Используется для контроля сварных швов, труб и поковок.

3) Наклонный зонд для продольной волны - это зонд, угол падения которого меньше первого критического угла. Цель состоит в том, чтобы использовать малоугловые продольные волны для проверки дефектов или, когда затухание поперечных волн слишком велико, использовать характеристики сильного проникновения продольных волн для выполнения контроля над падающими продольными волнами. При использовании обращайте внимание на наличие интерференции поперечных волн в образце.

4) Зонд бегущей волны. Поскольку угол бегущей волны составляет от 75 ° до 83 °, что почти перпендикулярно направлению толщины контролируемой заготовки, и он близок к 90 ° с вертикальной трещиной в заготовке, он имеет хорошую чувствительность обнаружения вертикальных трещин. , и он имеет хорошую чувствительность обнаружения детали. Требования к шероховатости поверхности невысоки, и он подходит для обнаружения поверхностных и приповерхностных трещин.

5) Угол падения зонда поверхностной волны (волны Рэлея) должен быть близок к критическому углу, в котором генерируется волна Рэлея, обычно немного больше второго критического угла. Поскольку энергия поверхностной волны сконцентрирована в пределах 2 длин волн под поверхностью, чувствительность проверки поверхностных трещин чрезвычайно высока, и проверка проводится в основном на предмет поверхностных или приповерхностных дефектов.

6) Двухкристальный зонд. Зонд с двумя кристаллами имеет две пьезоэлектрические пластины, одна используется для передачи ультразвуковых волн, а другая - для приема ультразвуковых волн. В соответствии с разницей угла падения αL, он делится на двухкристальный прямой зонд с продольной волной и двухкристальный наклонный зонд с поперечной волной. Двухкристальный зонд имеет следующие преимущества: высокая чувствительность, меньшее количество помех, небольшая слепая зона, малая длина ближнего поля в заготовке и регулируемый диапазон обнаружения. Двухкристальный зонд в основном используется для обнаружения приповерхностных дефектов.

3. Принцип выбора датчика при ультразвуковой дефектоскопии.

Есть много типов ультразвуковых датчиков с разными характеристиками. Следовательно, в соответствии с формой объекта ультразвуковой дефектоскопии, затуханием ультразвука и техническими требованиями разумный выбор датчика является основой для обеспечения правильных и надежных результатов дефектоскопии. Выбор ультразвукового зонда в основном зависит от типа зонда, частоты зонда, размера чипа зонда и угла зонда и т. Д.

3.1 Тип зонда

Как правило, форма зонда должна выбираться в соответствии с формой заготовки, а также местоположением и направлением дефекта, который может возникнуть, и стараться сделать ось ультразвукового луча перпендикулярной дефекту. Для получения подробной информации, пожалуйста, обратитесь к функциональной части вышеупомянутых стандартных типовых пробников.

3.2 Частота зонда

Частота ультразвуковой дефектоскопии составляет от 0,5 до 15 МГц, а диапазон выбора относительно велик. Как правило, при выборе частоты следует учитывать следующие факторы.

1) Из-за дифракции ультразвуковых волн чувствительность ультразвуковой дефектоскопии составляет около половины длины волны. В одном и том же материале скорость ультразвуковой волны постоянна, поэтому увеличение частоты приведет к сокращению длины ультразвуковой волны и повышению чувствительности обнаружения, что полезно для обнаружения мелких дефектов.

2) Высокая частота, малая ширина импульса и высокое разрешение, что позволяет различать соседние дефекты и улучшать разрешение.

3) Из формулы диффузии видно, что если частота высока, длина ультразвука мала, угол полураспространения мал, звуковой луч имеет хорошую направленность, а энергия ультразвука сконцентрирована, что способствует нахождению и обнаружение дефектов с высокой количественной точностью.

4) Из формулы для длины зоны ближнего поля известно, что высокая частота, длина ультразвуковой волны и большая длина зоны ближнего поля неблагоприятны для дефектоскопии.

5) Из формулы затухания и поглощения видно, что затухание ультразвуковых волн резко возрастает с увеличением ультразвуковой частоты и среднего размера зерна.

Из приведенного выше анализа можно увидеть, что частота имеет большее влияние во время ультразвуковой дефектоскопии, частота высокая, чувствительность дефектоскопии и разрешение высокие, а направленность луча хорошая, что полезно для дефектоскопии. Однако высокая частота, длинная зона ближнего поля и большое среднее затухание не подходят для обнаружения дефектов. Поэтому при выборе частоты зонда необходимо всесторонне учитывать всесторонний анализ различных факторов и разумный выбор. Вообще говоря, исходя из требований к чувствительности дефектоскопии, следует как можно больше выбирать зонд с более низкой частотой; для поковок, катаных деталей и сварных деталей с более мелким зерном обычно выбирают более высокочастотные датчики, обычно 2,5-5,0 МГц. Для отливок с крупными зернами, аустенитной стали и других деталей следует использовать мягкий низкочастотный зонд, обычно 0,5 ~ 2,5 МГц, в противном случае, если частота слишком высока, ультразвуковая энергия будет серьезно ослаблена.

3.3 Размер чипа датчика

Форма пластины зонда обычно круглая или квадратная. Размер микросхемы зонда оказывает определенное влияние на результаты ультразвуковой дефектоскопии. При выборе следует учитывать следующие факторы:

1) Угол полураспространения. Из формулы угла диффузии видно, что увеличение размера пластины, уменьшение угла половинной диффузии, хорошая направленность луча и концентрированная ультразвуковая энергия благоприятны для обнаружения дефектов.

2) Дефектоскопия ближней зоны. Из формулы для длины зоны ближнего поля видно, что увеличение размера пластины и увеличение длины зоны ближнего поля не подходят для дефектоскопии.

3) Размер микросхемы большой, излучаемая ультразвуковая энергия сильна, диапазон сканирования недиффузионной зоны зонда&# 39 большой, а возможность обнаружения удаленных дефектов улучшена.

Для деталей с большой площадью дефектоскопии, чтобы повысить эффективность дефектоскопии, следует использовать большой датчик для стружки; при обнаружении заготовки большой толщины следует использовать большой щуп для стружки, чтобы эффективно находить удаленные дефекты; для небольших деталей, чтобы улучшить локализацию дефектов. Для количественной точности следует использовать щупы с мелкой стружкой; для деталей с неровной поверхностью и большой кривизной следует использовать щупы с мелкой стружкой, чтобы уменьшить потери связи.

3.4 Угол

При осмотре ось ультразвукового луча должна быть максимально перпендикулярна дефекту. Следовательно, выбор угла должен основываться на типе и положении дефекта, который может существовать в объекте контроля, и допустимых условиях обнаружения детали. Используйте законы отражения и преломления и связанные с ними геометрические знания, чтобы выбрать подходящий угол. Зонд. Например, принимая значение K датчика при обнаружении поперечных волн, угол преломления оказывает большее влияние на чувствительность обнаружения, направление оси звукового луча и путь прохождения первичной волны (расстояние от точки падения до нижней точки отражения). Для обнаружения стальных деталей с помощью наклонных зондов из оргстекла, когда β=40 ° (K=0,84), возвратно-поступательное пропускание звукового давления является самым высоким, то есть чувствительность обнаружения является самой высокой. Видно, что значение K велико, значение β велико, а путь прохождения первичной волны большой. Следовательно, при фактическом обнаружении, когда толщина заготовки мала, следует выбирать большее значение K, чтобы увеличить путь прохождения первичной волны и избежать обнаружения в ближней зоне. Когда толщина заготовки велика, следует выбирать малое значение K, чтобы уменьшить затухание, вызванное чрезмерным прохождением звука, и удобно находить дефекты на большой глубине. При контроле сварного шва также необходимо убедиться, что основной звуковой луч может сканировать весь участок сварного шва. При односторонней сварке корней без проплавления следует учитывать проблему отражения концевого угла. K=0,7 1,5, потому что K< 0,7="" или="" k=""> 1,5, коэффициент отражения на конце угла очень низкий, что легко может привести к пропуску проверки.