SH波斜探头的特性及其应用

　　1　两种探头和探伤法的比较

　　1.1　SV波斜探头及其探伤

　　由探头压电元件产生的纵波,在材料界面入射时变换成横波,这种横波在工件中传播时,因介质质点的振动方向既垂直于波的传播方向,又包含在垂直于探测面的平面内,故称SV波(图1)。SV波探伤是焊缝超声检测的主要手段。

　　使用SV波斜探头探测焊缝时会碰到以下问题,如①对T≤6mm薄板焊缝,由于焊缝余高的存在和探头前沿长度的限制,只能用三次和四次波检测,此时由于声束扩散和多重回波的叠加,很难识别和评价缺陷。④对中厚板焊缝中某些与板材表面相垂直而表面又较光滑的近底面面状缺陷(未焊透等),往往接收不到回波信号(图2a)。(四）对T形对接焊缝中存在的翼板侧根部未熔合,由于垫板反射,也可能检不出回波(图2b)。④对现场焊接的某些钢结构件短焊缝中长度较小的面状缺陷,因探头无法移动,声束难于扫查到而导致缺陷漏检。

　　1.2　SH波斜探头和SH波探伤法

　　SV波探伤法的局限可用SH波探伤来弥补。图3为表面SH波探伤法的示意图。横波由压电元件产生,在楔块中传播,进入工件后仍以横波形式在表面层传播,因介质质点振动方向与工件表面平行(但也与波的传播方向垂直),故称SH波。SH波碰到与工件表面相垂直的裂纹之类面状缺陷,可得到波幅很高的回波。

　　SH波斜探头形状如图4所示。其结构与常用的SV波斜探头相同,不同的是晶片的振动方向。SV波探头晶片作厚度方向振动,而SH波探头晶片作径向振动。SH波探头频率一般多用5MHz,其次是2MHz。压电元件尺寸多为5mm×5mm。早期用的SH波斜探头是与压电元件尺寸匹配的小探头,因使用时需紧压探头才能得到足够的探伤灵敏度,所以接触面尽量做得很小。

　　SH波探伤与通常的SV波探伤相比,有以下优点,①能有效检出与探测面垂直的平面状缺陷。②探头与缺陷之间的工件表面即使有障碍物,超声波仍能很好传播,而通常的表面波会被障碍物返回(图5)。③超声波可在工件表面传播。④超声波可传播很长距离。

　　2　SH波探伤法的应用难点

　　用SH波探测焊缝有以下难点:

　　(1)用SH波不能对板厚较大的整个焊缝断面进行探伤。探头不作前后扫查,只在一定的检测点进行探伤。

　　(2)要寻找最佳入射角,以获得有充分余量的实际探伤灵敏度。

　　(3)甘油类耦合剂几乎不能传播此类超声波,必需用SH波专用耦合剂,但专用耦合剂粘度高,在工件表面涂匀摊薄前,探伤灵敏度很不稳定。