導(dǎo)讀：

      隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和檢測(cè)設(shè)備的不斷新，超聲波檢測(cè)技術(shù)是目前無損檢測(cè)技術(shù)中發(fā)展快,、應(yīng)用廣泛的方法之一,，在無損檢測(cè)技術(shù)中占有非常重要的地位。在檢測(cè)過程中,，除了超聲檢測(cè)儀器,，發(fā)射和接收超聲波的探頭也起著非常重要的作用，所以,，探頭性能的好壞以及探傷過程中對(duì)探頭的選取是否得當(dāng),，將直接影響到探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。 

下文重點(diǎn)講述壓電型超聲探頭的分類,、作用和選用原則,。 

分類 

       超聲波探傷中由于被探工件的形狀、材質(zhì),、探傷目的,、探傷條件不同，因而需使用不同形式的探頭,。

 超聲波探頭按不同的歸納方式可以進(jìn)行不同的分類,，一般有以下幾種。

 1)按被探工件中產(chǎn)生的波型,，可分為縱波探頭,、橫波探頭、板波(蘭姆波)探頭,、爬波探頭和表面波探頭,。

 2)按按入射聲束方向,，可分為直探頭和斜探頭。

 3)按照探頭與被探工件表面的耦合方式,，可分為接觸式探頭和液浸式探頭,。 

4)按照探頭中壓電晶片的材料，可分為普通壓電晶片探頭和復(fù)合壓電晶片探頭,。 

5)按照探頭中壓電晶片的數(shù)目，可分為單晶探頭,、雙晶探頭和多晶探頭,。 

6)按照超聲波聲束的聚焦否可，分為聚焦探頭和非聚焦探頭,。 

7)按超聲波頻譜,，可分為寬頻帶和窄頻帶探頭。 

8)按匹配檢測(cè)工件的曲率,，可分為平面探頭和曲面探頭,。 

9)特殊探頭，除一般探頭外,，還有一些在特殊條件下和用于特殊目的的探頭,。

 常見典型探頭的作用

 1）縱波探頭通常稱為直探頭，主要用于檢測(cè)與檢測(cè)面平行的缺陷,，如板材,、鑄、鍛件檢測(cè)等,。 

2）橫波斜探頭是利用橫波檢測(cè),，是入射角在一臨界角與第二臨界角之間且折射波為純橫波的探頭，主要用于檢測(cè)與檢測(cè)面垂直或成一定角度的缺陷,，廣泛用于焊縫,、管材、鍛件的檢測(cè),。

 3）縱波斜探頭是入射角小于一臨界角的探頭,。目的是利用小角度的縱波進(jìn)行缺陷檢驗(yàn)，或在橫波衰減過大的情況下,，利用縱波穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行縱波斜入射檢驗(yàn),，使用時(shí)需注意試件中同時(shí)存在橫波的干擾。 

4）爬波探頭,，由于一次爬波的角度在75º～83º之間,，幾乎垂直于被檢工件的厚度方向，與工件中垂直方向的裂紋接近成90º,。 

因此,，對(duì)于垂直性裂紋有較好的檢測(cè)靈敏度,，且對(duì)工件表面的粗糙度要求不，適用于表面,、近表面的裂紋檢測(cè),。

 5）表面波（瑞利波）探頭入射角需在產(chǎn)生瑞利波的臨界角附近，通常比第二臨界角略大,。由于表面波的能量集中于表面下2個(gè)波長(zhǎng)之內(nèi),，檢查表面裂紋靈敏度極，主要對(duì)表面或近表面缺陷進(jìn)行檢驗(yàn),。

 6）雙晶探頭,。雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一塊用于發(fā)射超聲波,，另一塊用于接收超聲波,，根據(jù)入射角αL的不同，分為縱波雙晶直探頭和橫波雙晶斜探頭,。 

雙晶探頭具有以下優(yōu)點(diǎn)：靈敏度,、雜波少盲區(qū)小、工件中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度小,、檢測(cè)范圍可調(diào),，雙晶探頭主要用于檢測(cè)近表面缺陷。

探頭的作用

    超聲波探頭的類型很多,，性能各異,，因此根據(jù)超聲波探傷對(duì)象的形狀、對(duì)超聲波的衰減和技術(shù)要求,，合理選用探頭是保證探傷結(jié)果正確可靠的基礎(chǔ),。

 對(duì)超聲波探頭的選擇主要體現(xiàn)在：探頭型式、探頭頻率,、探頭晶片尺寸和探頭角度等,。

 3.1 探頭型式

一般根據(jù)工件的形狀和可能出現(xiàn)缺陷的部位、方向等條件來選擇探頭的形式,，盡量使超聲波聲束軸線與缺陷垂直,。具體可參考上述常見典型探頭作用部分。 

3.2 探頭頻率

超聲波探傷頻率在0．5一15MHz之間,，選擇范圍較大,。一般選擇頻率時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

 1)由于超聲波的繞射，使超聲波探傷靈敏度約為二分之一波長(zhǎng),。在同一材料內(nèi)超聲波波速是一定的,，因此提頻率，超聲波波長(zhǎng)變短,，探傷靈敏度提,，有利于發(fā)現(xiàn)小的缺陷,。

 2)頻率，脈沖寬度小,，分辨率,，有利于區(qū)分相鄰缺陷，分辨力提,。 

3)由擴(kuò)散公式可知,，頻率，超聲波長(zhǎng)短,，則半擴(kuò)散角小,，聲束指向性好，超聲波能量集中,，有利于發(fā)現(xiàn)缺陷并對(duì)缺陷定位,，定量精度,。 

4)由近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度公式可知,，頻率，超聲波長(zhǎng)短,，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度大,，對(duì)探傷不利。 

5)由衰減,、吸收公式可知,，超聲波的衰減隨超聲波頻率、介質(zhì)晶粒度增加而急劇增加,。 

通過上面分析可知超聲波探傷時(shí)頻率的影響較大,，頻率，探傷靈敏度和分辨率,，波束指向性好,，對(duì)探傷有利。

 但是頻率,，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng),，介質(zhì)衰減大，對(duì)探傷不利,，所以在選擇探頭頻率時(shí),，應(yīng)綜合考慮，全面分析各方面因素,，合理選取,。 

一般說來，在滿足探傷靈敏度要求的前提下,，盡可能選取頻率較低的探頭,；

 對(duì)于晶粒較細(xì)的鍛件,、軋制件和焊接件等，一般選用較頻率的探頭,，常用2.5—5.0MHz,。

 對(duì)于晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等工件,，宜選用軟低頻率的探頭,，常用0.5～2.5MHz，否則若選用頻率過,，就會(huì)引起超聲波能量嚴(yán)重衰減,。

 3.3 探頭晶片尺寸

探頭晶片的形狀一般為圓形和方形，探頭的晶片尺寸對(duì)超聲波探傷結(jié)果有一定影響,，選擇時(shí)主要考慮以下因素：

 1)半擴(kuò)散角,，由擴(kuò)散角公式可知，晶片尺寸增加,，半擴(kuò)散角減小,，波束指向性好，超聲波能量集中,，對(duì)探傷有利,。 

2)探傷近場(chǎng)區(qū)。由近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度公式可知,，晶片尺寸增加,，近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度增大，對(duì)探傷不利,。 

3)晶片尺寸大,，輻射的超聲波能量強(qiáng)，探頭未擴(kuò)散區(qū)掃查范圍大,，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷能力增強(qiáng),。

 在探傷面積范圍大的工件時(shí)，為提探傷效率,，宜選用大晶片探頭,；探傷厚度大的工件時(shí)，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷宜選用大晶片探頭,；對(duì)小型工件,，為了提缺陷的定位定量精度，宜選用小晶片探頭,；對(duì)表面不太平整,、曲率較大的工工件，為了減少耦合損失，宜選用小晶片探頭,。

 3.4角度

在檢測(cè)中應(yīng)盡量使超聲波聲束軸線與缺陷垂直,，因此角度的選擇根據(jù)檢測(cè)對(duì)象中可能存在的缺陷類型、位置和工件允許的探傷條件,，利用反射,、折射定律以及相關(guān)幾何知識(shí)，選擇合適角度的探頭,。

 以在橫波檢測(cè)中,，探頭的K值為例，折射角對(duì)檢測(cè)靈敏度,、聲束軸線的方向,，一次波的聲程（入射點(diǎn)至底面反射點(diǎn)的距離）有較大影響。 

對(duì)于用有機(jī)玻璃斜探頭檢測(cè)鋼制工件,，β=40°（K=0.84）左右時(shí),，聲壓往復(fù)透射率，即檢測(cè)靈敏度,。 

由此可知,，K值大，β值大,，一次波的聲程大,。因此在實(shí)際檢測(cè)中,，當(dāng)工件厚度較小時(shí),，應(yīng)選用較大的K值，以便增加一次波的聲程,，避免近場(chǎng)區(qū)檢測(cè),。 

當(dāng)工件厚度較大時(shí)，應(yīng)選用較小的K值,，以減少聲程過大引起的衰減,，便于發(fā)現(xiàn)深度較大處的缺陷。

 在焊縫檢測(cè)中,，還要保證主聲束能掃查整個(gè)焊縫截面,。 

對(duì)于單面焊根部未焊透，還要考慮端角反射問題,，應(yīng)使K=0.7～1.5,，因?yàn)镵<0.7或k>1.5，端角反射率很低,，容易引起漏檢,。