摘要：研究了窄脈沖探頭的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(cè)。

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(duì)其缺陷的無(wú)損檢測(cè)尚未很好解決，嚴(yán)重影響對(duì)材料性能的評(píng)估和安全可靠的使用。以?shī)W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(hào)，使缺陷判別更加困難。此外，柱狀晶各向異性還會(huì)引起聲束偏轉(zhuǎn)，給缺陷定位帶來(lái)困難。因此，用于一般焊縫檢測(cè)的橫波斜入射法在奧民體不銹鋼焊縫檢測(cè)中只能用于發(fā)現(xiàn)熔合區(qū)附近的缺陷，而對(duì)于焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)就受到限制或根本不可能。

目前國(guó)外在奧民體不銹鋼焊縫的檢測(cè)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(guó)內(nèi)有關(guān)奧民體不銹鋼焊縫探傷的資料未見公開報(bào)導(dǎo)。本文對(duì)窄脈沖縱波斜探頭進(jìn)行了研究，并在奧民體不銹鋼焊縫的檢測(cè)中取得了初步結(jié)果。探頭性能測(cè)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(cè)試回波信號(hào)。

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(jìn)，然后在與儀器匹配時(shí)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(guò)高，但頻率過(guò)低對(duì)提高分辨力不利，因此要選擇一個(gè)適中的頻率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(duì)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(shí)際上要做到這點(diǎn)非常困難。采用負(fù)壓抽吸法制成的鴿棒背襯，其聲阻抗率可達(dá)20Mkg/m2 .s 左右，與壓電晶片達(dá)到了較好的匹配效果。在制作探頭的過(guò)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(shí)壓力的方法控制粘接層厚度。

2、小結(jié)

1) 用錯(cuò)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(fù)壓抽吸新工藝制成的鴿棒背襯與PZT 晶片達(dá)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(cè)靈敏度，而對(duì)頻帶寬度影響不大；

5) 對(duì)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(cè)能力。

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