摘要：研究了窄脈沖探頭的設(shè)計與制造工藝、換能器與探傷儀的匹配以及斜模形狀和尺寸的計算機優(yōu)化，從而獲得一種靈敏度高、分辨率好、信l噪比離和寇位比較準(zhǔn)確的寬頻帶縱波斜探頭.適用于奧氏體不銹鋼焊縫的超聲檢測。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼，焊縫，換能器

粗晶材料在許多重要工業(yè)部門被廣泛采用，但對其缺陷的無損檢測尚未很好解決，嚴重影響對材料性能的評估和安全可靠的使用。以奧氏體不銹鋼焊縫為例，它被廣泛應(yīng)用于化工、石油、核能等工業(yè)部門的重要部位。然而奧民體不銹鋼焊縫中粗大的柱狀晶組織，使超聲波在焊縫金屬中的衰減大大增加，草狀回波多，信噪比低，以及由于柱狀晶各向異性引起的假信號，使缺陷判別更加困難。此外，柱狀晶各向異性還會引起聲束偏轉(zhuǎn)，給缺陷定位帶來困難。因此，用于一般焊縫檢測的橫波斜入射法在奧民體不銹鋼焊縫檢測中只能用于發(fā)現(xiàn)熔合區(qū)附近的缺陷，而對于焊縫內(nèi)部缺陷的檢測就受到限制或根本不可能。

目前國外在奧民體不銹鋼焊縫的檢測方面己作了不少工作，主要措施是采用縱波斜探頭，并提高探頭的信噪比和分辨力。在國內(nèi)有關(guān)奧民體不銹鋼焊縫探傷的資料未見公開報導(dǎo)。本文對窄脈沖縱波斜探頭進行了研究，并在奧民體不銹鋼焊縫的檢測中取得了初步結(jié)果。探頭性能測試采用CST-4 型超聲波探傷儀及CSK-I 等試塊，并用V-I050F 示波器測試回波信號。

1、 窄脈沖探頭的研制

根據(jù)縱波壓電振子的等效電路可知，要獲得寬帶窄脈沖的超聲換能器，可以從電端口或力阻擾端口采取措施。首先在背襯端口加以改進，然后在與儀器匹配時再在探頭的電端口采取一定措施，得到了脈沖較窄，靈敏度較高的探頭。由于奧民體不銹鋼焊縫晶粒粗大，探頭頻率不宜過高，但頻率過低對提高分辨力不利，因此要選擇一個適中的頻率。經(jīng)實驗證實頻率在2 -2.5MHz 之間較為合適。

1.1 壓電晶片的選擇→般晶片只寸越小，越容易制備窄脈沖探頭。但對于奧氏體粗晶材料的探傷要求探頭有足夠的靈敏度和指向性。即晶片要足夠大，根據(jù)目前廣泛使用的晶片尺寸，選Φ20mm 的晶片。

1.2 背襯及粘接工藝從理論上講，要獲得"單極"脈沖，探頭的晶片與背襯要完全匹配，實際上要做到這點非常困難。采用負壓抽吸法制成的鴿棒背襯，其聲阻抗率可達20Mkg/m2 .s 左右，與壓電晶片達到了較好的匹配效果。在制作探頭的過程中，鴿粉-環(huán)氧背襯與壓電晶片粘接工藝的優(yōu)劣將直接影響探頭的性能。除了保證粘接面平整外，粘接層厚度影響很犬，我們用控制粘接時壓力的方法控制粘接層厚度。

2、小結(jié)

1) 用錯鐵酸鉛(PZT) 材料可以制作靈敏度較高的窄脈沖超聲探頭；

2) 采用負壓抽吸新工藝制成的鴿棒背襯與PZT 晶片達到較好的匹配雄果，可獲得1. 5-2 周的窄脈沖；

3)采用加壓裝置控制粘接層厚度，可以保證探頭的質(zhì)量；

4 )探頭上加適當(dāng)?shù)钠ヅ渚W(wǎng)絡(luò)，可改變探頭的頻率特性，改善波形和提高檢測靈敏度，而對頻帶寬度影響不大；

5) 對于普通橫波探頭不能探傷的奧民體不銹鋼焊縫，窄脈沖縱波斜探頭有較好的檢測能力。

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