超聲波檢測之雙晶探頭

一個探頭殼體內裝有兩個晶片的探頭我們稱之為雙晶探頭，又稱分割式探頭。由兩個縱波晶片組合成的雙晶探頭稱為縱波雙晶探頭，又稱雙晶直探頭；由兩個橫波晶片組成的雙晶探頭稱為橫波雙晶探頭，又稱雙晶斜探頭。

這兩種雙晶探頭中，雙晶直探頭的應用較為廣泛。雙晶直探頭的兩個縱波晶片一個用于發射超聲，一個用于接收超聲。發射壓電晶片大都采用發射性能好的鋯鈦酸鉛，接收壓電晶片大都采用接收性能好的硫酸鋰。（見下圖）

區別于單晶探頭而言，雙晶探頭的發射靈敏度和接收靈敏度都更高。雙晶探頭的兩個晶片之間有一片吸聲性強、絕緣性好的隔聲層，它不僅用于克服發射聲束與反射聲束的相互干擾和阻塞，而且能使脈沖變窄、分辨率提高、消除發射晶片和延遲塊之間的反射雜波進入接收晶片，有效減少雜波。

由于雙晶探頭的發射部分和接收部分都帶有延遲塊，能使探傷盲區大幅減小，故雙晶探頭對表面缺陷的探傷十分有利。

正確選擇雙晶探頭

1、探頭頻率的選擇

超聲的發射頻率在很大程度上決定了超聲波探傷的檢測能力。頻率高時，波長短，聲束指向性好，擴散角較小，能量集中，因而發現小缺陷的能力則比較強、分辨力好、缺陷定位準確。但高頻率超聲在材料中衰減較大，穿透能力較差，反之亦然。由于雙晶探頭適用于較薄工件的探傷，不需要較強的穿透力。因此可以采用較高頻率的探頭。對于鍛件，板材，棒材等晶粒細小的工件，可以采用5MHz的雙晶探頭（若被檢工件表面較粗糙，高頻超聲散射較大，不易射入，則容易出現林狀回波）。對于晶粒粗大，超聲散射嚴重的材料，如奧斯體不銹鋼和鑄造件等，頻率高時，也會出現晶界引起的林狀回波，致使無法探傷，對于這一類材料，建議選用1MHz—2.5MHz的低頻率雙晶探頭。

2、晶片尺寸的選擇從以上介紹的雙晶探頭的工作原理來看，雙晶探頭探傷主要取決于雙晶探頭的聲能集中區，跟晶片的大小沒有直接的關系。雙晶探頭的晶片大小，只與工件探測面積的大小有關，當檢測面積大時，為了提高探傷效率，宜采用晶片尺寸較大的探頭。當檢測面積較小，或者檢測面帶有一定曲率的情況下，為了減少耦合損失宜用晶片尺寸小的探頭。

3、焦距的選擇雙晶探頭的兩個晶片都有一定的傾斜角度。發射聲束與接收聲束必然會產生相交，形成棱形的區域，此區域即為探傷區域。菱形區愈長，焦距愈大，探測深度愈深，適合厚工件的探傷檢驗，菱形區愈短，焦距愈小，探測深度愈淺，適合薄工件的探傷。處于棱形區的缺陷，其反射信號強，同時對于同樣大小的缺陷，位于棱形區中心時，反射信號。因此在實際探傷過程中，要根據被檢工件的厚度選取適當的焦距。焦距越小，則對薄工件的探傷越有利。一般來說，選擇雙晶探頭的焦距小于被檢工件厚度5—10mm左右。雙晶探頭的探傷靈敏度先隨缺陷的深度增加而增高，到達后又隨深度增加而下降田，這種探傷靈敏度的變化是雙晶探頭的特點。

雙晶直探頭板材檢測

1、探頭的選擇

板厚≤60mm厚的鋼板可選用雙晶直探頭，探傷的目的就是掃查出缺陷在整個厚度范圍內的位置以及在板面上的分布，根據缺陷大小，依據標準判定其合格與否。由于鋼板缺陷的富集區一般在鋼板中心部位，其次是板厚的1/4和3/4處，所以探頭的選擇和靈敏度的調整，必須考慮鋼板中心部位應有較高的檢出能力，且其他部位不漏檢。例如檢測20mm規格鋼板，缺陷在10mm處易出現，選擇焦距F10探頭，以20mm大平底調整靈敏度，既能保證10mm位置處較高的檢測靈敏度，又能保證3和20mm位置有基本相同的靈敏度;同樣對于10mm鋼板，選擇焦距F5探頭，以10mm大平底調整靈敏度，保證了5mm位置處較高的檢測能力，又能保證3和10mm位置的靈敏度基本相同，所以，為保證鋼板檢測質量，理想的雙晶探頭焦距應等于鋼板厚度的一半。

2、掃查方式

NB/T47013-2015規定的掃查方式見下圖

1）鋼板邊緣或坡口預定線兩側（50、75、100）100%掃查； 2）中心部分間距不大于50mm平行線或間距不大于100mm的格子線掃查。

3）雙晶直探頭掃查時，探頭的移動方向應與探頭隔聲層相垂直。

3、缺陷性質估計

分層：缺陷波形陡直，底波明顯下降或消失；

折疊：不一定有缺陷波，但底波明顯下降，次數減少甚至消失，始波加寬；

白點：波形密集尖銳活躍，底波明顯下降，次數減少，重復性差，移動探頭，回波此起彼伏。