溫度對(duì)超聲波探頭靈敏度的影響研究報(bào)告

1、-溫度對(duì)超聲波探頭靈敏度的影響研究摘要:在恒溫工作臺(tái)上將標(biāo)準(zhǔn)試塊加熱,測(cè)試不同溫度下,高溫探頭發(fā)射/接收超聲波能力的變化,以研究溫度對(duì)探頭壓電效應(yīng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果證明,高溫使探頭的壓電效應(yīng)減弱,探頭發(fā)射和接收超聲波的能力因此大幅降低甚至完全消失,從而制約了高溫超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。由于常規(guī)超聲檢測(cè)只能在1060條件下應(yīng)用,而石油化工等行業(yè),有大量承壓設(shè)備在高溫條件下運(yùn)行,常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)無法對(duì)其進(jìn)展在線檢測(cè)。因此近年來國(guó)一些科研機(jī)構(gòu)開場(chǎng)嘗試開發(fā)高溫超聲檢測(cè)技術(shù),并有一些應(yīng)用實(shí)例見諸報(bào)道。溫度對(duì)超聲的影響表現(xiàn)在當(dāng)溫度升高時(shí),超聲波聲速減小,斜探頭的折射角增大,超聲波在介質(zhì)中傳播的衰減加大。溫度的

2、另一個(gè)重要影響是對(duì)探頭晶片壓電效應(yīng)的影響。壓電效應(yīng)與溫度有關(guān),溫度升高時(shí)壓電效應(yīng)減弱,當(dāng)?shù)竭_(dá)*一溫度即居里溫度時(shí),壓電效應(yīng)完全消失。在常規(guī)超聲檢測(cè)中,探頭和工件根本沒有溫差,因此壓電效應(yīng)也是恒定不變的。但在高溫超聲檢測(cè)中,隨著探頭與工件的接觸時(shí)間延長(zhǎng),工件的熱量逐漸傳入探頭,導(dǎo)致探頭溫度逐漸升高,壓電效應(yīng)逐漸減弱甚至完全消失。筆者在此通過試驗(yàn)對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)展研究。1 試驗(yàn)所用的設(shè)備器材超聲波檢測(cè)儀采用中科創(chuàng)新生產(chǎn)的hs610型數(shù)字超聲波檢測(cè)儀。高溫探頭來自國(guó)外,兩只型號(hào)分別為w45b2gv(下稱探頭1)和 w60b2gv(下稱探頭2)。探頭頻率為2 mhz,最高工作溫度250時(shí)必須間歇工作,每次

3、工作時(shí)間20 s。高溫耦合劑采用美國(guó)sono公司出產(chǎn)的so-no650和sono950型高溫耦合劑,最高工作溫度可達(dá)343和510。恒溫工作臺(tái)由筆者設(shè)計(jì),國(guó)*專業(yè)廠家制造(圖1)。工作臺(tái)溫度可在50500連續(xù)調(diào)節(jié),溫度誤差50時(shí), 溫度對(duì)探頭壓電效應(yīng)的影響非常顯著。如探頭1在100時(shí),波高從剛與試塊接觸的85%下降到47%后才不再下降,相當(dāng)于下降了5.1 db;在150時(shí),波高從剛與試塊接觸的80%下降到15%后才不再下降,相當(dāng)于下降了14.5 db。當(dāng)溫度在200以上時(shí),探頭與試塊接觸不到15 s時(shí)間,波高已下降到不可見。探頭2在100時(shí),波高從剛與試塊接觸的84%下降到30%后才不再下降,

4、相當(dāng)于下降了8.5 db;在150時(shí),波高從剛與試塊接觸的78%下降到10%后才不再下降,相當(dāng)于下降了17.8 db。當(dāng)溫度在200以上時(shí),探頭與試塊接觸不到10 s時(shí)間,波高已下降到不可見。3.2 高溫給超聲檢測(cè)帶來的不利影響高溫下探頭壓電效應(yīng)隨溫度升高而減弱的現(xiàn)象給超聲檢測(cè)帶來的不利影響,表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)高溫探頭只能在較低的溫度下連續(xù)工作,當(dāng)溫度較高時(shí)必須間歇工作。在超聲檢測(cè)中,給缺陷準(zhǔn)確定位和定量都是以找到缺陷的最高回波為準(zhǔn)。但對(duì)高溫超聲波檢測(cè),在探頭與工件短時(shí)接觸的過程中,探頭發(fā)射和接收超聲波的能力不再是恒定的,而是隨著與工件接觸的時(shí)間快速下降,這樣確定缺陷的最高回波變得幾乎不可能,因而無法給缺陷準(zhǔn)確定位和定量。(2)壓電效應(yīng)下降使得探頭發(fā)射和接收超聲波的能力同時(shí)減弱,工件的缺陷所顯示的信號(hào)幅度大幅下降,一些小的缺陷將難于或無法檢出。(3)由于超聲波信號(hào)快速下降,留給檢測(cè)人員掃查和觀察波形的時(shí)間很短,因此操作難度很大。(4)高溫?fù)p害探頭的性能,即使再冷卻到室溫,探頭發(fā)射和接收超聲波的能力也不能完全恢復(fù)到原來的水平。因此高溫探頭使用一定次數(shù)后,性能會(huì)下降乃至報(bào)廢。4 結(jié)語高溫下探頭壓電效應(yīng)