影响TOFD探头选择的三要素

影响TOFD探头选择的三要素

  工欲善其事，必先利其器，对于TOFD检测也是如此的,若想准确、快速、有效的进行TOFD检测，探头的正确选择则尤为重要。TOFD检测一般采用宽频带、小晶片、窄脉冲、大扩散角一收一发的纵波直探头，而不采用横波斜探头，原因是避免两种波存在导致回波信号难以识别的同时保证深度定位计算结果的唯一性。而影响TOFD探头选择的三要素分别是频率、折射角、晶片尺寸，下面我们对这三个要素进行较为详细的分析。

（1）频率

探头的频率决定了信号的震动周期，同时也影响了测量的分辨率，以及噪声、衰减以及声波的扩散等，下表为探头频率增加时各有关量的一般变化规律。

（2）折射角

  根据2/3法则，主声束应汇聚在被测工件厚度的三分之二处。当探头角度减小时，直通波与底面回波的时间间隔将变大，且信号的分辨率也变高，从而使深度的测量精度变高。折射角度的选择一般应在45°~70°之内。当上边界角小于90°时，折射角越大，声波扩散的范围也越大。因此对较薄的工件而言（例如50mm以下或厚工件的分层检测的首层）通常都选择60°~70°，厚工件的其他各层可根据实际情况选择45°~60°的探头。为解决由于下尖端衍射信号很弱而使检测的灵敏度较低的问题，一般不选择折射角为40°左右的探头。

（3）晶片尺寸

晶片尺寸影响着脉冲能量的大小，而较小的晶片则更好的与工件表面接触，但会减少与工件的接触面积，同时晶片尺寸也影响着声波的扩散角，下表为晶片尺寸减小时各有关量的一般变化规律。

  常用的晶片尺寸是3~20mm，晶片尺寸越小，则超声脉冲能量越小，故当工件的厚度较大时，应选择尺寸较大的晶片，以保证较深的检测不受影响，同时不至于能量损耗过大而不能完成检测。

总结

  TOFD探头应根据实际的所要测量的工件的厚度及相关的要求进行相应的选择，通常推荐的探头属性如下表所示：

   探头的选择应该以直通波和底面波信号的时间窗口达到20个信号周期为准，同时在保证足够的功率以及信噪比的前提下，选择较大的声束覆盖范围和更高分辨力的探头。一般而言，对较薄的工件进行检测时，分辨力要求高而穿透力要求低，则应选用大角度、高频率、小尺寸晶片的探头，对较厚的工件则相反；对曲率较大的工件，则应选择晶片尺寸较小的探头；而对于粗晶材质的工件则适宜使用较低频的探头；若想得到更高的检测精度和深度分辨力，应选择高频率、小角度、短脉冲的探头。对于同一组TOFD探头，应选择相同的频率、晶片尺寸和折射角，且应保证两探头具有一样的中心频率，并保证差值小于10%。

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