《TOFD检测》教案-17.探头的选择

字数总体字数控制在1200-1800字左右（开场白60字左右、知识点/技能点讲解+案例导入字数控制在800-1200左右、知识点应用(职业中的运用)字数控制在100左右、课程小结字数控制在100左右）课程名称TOFD检测法课程负责人齐向前电课程名称探头的选择学校天津海运职业学院脚本撰写人于达电程结构

（以下仅供参考，根据课程特点确定）解说词（字幕）

（要求连贯、完整、口语化；与PPT对应；如有拟插入的视频或动画，要有上下文承接）对应PPT（素材）（（如PPT1、PPT2等，拟插入微课视频的图片务请插入PPT））可提供素材（标注拟插入视频或动画的编号，单独提供给编导)呈现方式（绿幕、实景）备注开场白60同学你好，本讲我们学习的是探头的选择。PPT1本次内容分为三个部分：第一，探头角度的选择；第二，探头频率的选择；第三，晶片尺寸的选择。掌握这三项参数，是做好TOFD检测的关键。PPT2知识点讲解首先来看探头角度的选择。常规脉冲反射法常用横波探头，角度越大，声程越长、衰减越大，厚工件不能用大角度。同时要保证扫查全覆盖，声束尽量与缺陷垂直。满足能量与穿透力前提下，角度大一些更利于裂纹检出。而TOFD检测不一样，裂纹检出与角度无关，选择角度主要看：工件厚度、分辨力、深度精度、扫查覆盖。PPT3-4按照2/3T法则，检测同一厚度工件，角度越大，PCS越大、声程越长。深度增加时，声程随角度快速增大，衰减也会明显变大，这一点和常规方法一致。PPT54再看分辨力。角度越小，PCS越小，直通波与底面波间隔越大，【7】缺陷上下端点信号分得更开，沿时间轴分辨力更高，深度测量更准。所以小角度有利于提高精度。PPT6-75TOFD波束扩散范围，主要与探头角度、晶片尺寸、探头频率有关。检测大厚度工件时，扫查覆盖范围还受声程影响。在上边界角未达到90°之前，探头折射角越大，波束扩散范围越大。多数情况下，60°、70°探头的声束覆盖范围大于45°探头，因此工件初次检测一般选用60°～70°探头。但对于低频率、小晶片探头，60°楔块的上边界角已经达到90°，此时继续增大角度到70°，声束覆盖范围反而会减小。举例：3mm晶片、5MHz探头，60°折射角上下边界角为90°和35.6°；同为3mm、5MHz的探头，70°折射角上下边界角为90°和42°，有效覆盖范围收窄。选择大角度探头需要注意三点：第一，TOFD最优折射角为60°～70°，其中65°时，缺陷上下尖端衍射信号波幅最大，成像效果最好。第二，60°～70°角度区间分辨力优良，因此检测一般不使用大于70°、，也不使用小于40°的探头。第三，探头角度越大，PCS间距越大，厚工件检测声程变长，声波衰减严重，信号幅值下降，会增加检测难度。从覆盖范围看，上边界角没到90°前，角度越大覆盖越大。多数情况60°、70°比45°覆盖更广，初次检测优先用60°～70°。但要注意：频率低、晶片小时，60°上边界角已到90°，再加大到70°，覆盖反而变小。最优角度在60°~70°，65°时上下端点信号幅度最大，分辨力也好。一般不用小于40°或大于70°的探头。角度太大，PCS大、声程长、衰减大，厚工件检测困难。PPT课件中的内容远远大于脚本中描述，请教师对应所讲内容提炼课件中内容，方便学习者观看。68-11课件中的内容远远大于脚本中描述，请教师对应所讲内容提炼课件中内容，方便学习者观看。我们用一张表快速记住角度变化的影响：角度减小→，PCS变小、分辨力提高、深度误差减小、衰减小、覆盖范围减小；角度增大→，PCS变大、分辨力降低、深度误差增大、衰减大、覆盖范围先增后减PPT127接下来是频率选择。TOFD的深度分辨力，取决于直通波与底面波之间的信号周期数，周期数越多分辨力越高，工程上一般要求不少于20个周期。提高频率能增加周期数，但也会让衰减、噪声增大，波束扩散变小。PPT138从表格可以看到，工件越薄，需要频率越高。但实际检测不会用这么高，我们要按标准来选。NB/T47013.10-2015推荐：12～15mm：7～15MHz，60～70°，晶片2～4mm；15～35mm：5～10MHz，60～70°，晶片2～6mm；35～50mm：3～5MHz，60～70°，晶片3～6mm。PPT149提高频率：波长更短、分辨力更高、波束扩散更小、噪声更大、穿透力更差、近场更长；降低频率：波长更长、分辨力更低、波束扩散更大、噪声更小、穿透力更强、近场更短。薄件用高频，厚件用低频，粗晶材料必须用低频。PPT150第三项是晶片尺寸。晶片越小，波束扩散角越大，覆盖区域越大，更容易贴合工件表面，适合管道等大曲率工件。但小晶片能量低，只适合薄件或厚焊缝上层检测。减小晶片：能量降低、扩散角增大、近场变短、贴合更好；增大晶片：能量提高、扩散角减小、近场变长、穿透力更强。PPT161这张表很直观：晶片变小→，能量低、扩散大、近场短、贴合好；晶片变大→，能量高、扩散小、近场长、贴合一般。大厚度选大晶片，大曲率、薄件选小晶片。PPT17本讲小结100TOFD检测探头需采用宽频带、短脉冲探头。TOFD探头选择的核心参数为：频率、晶片尺寸、折射角。探头选型分主次条件：首要条件是保证足够的检测功率和信噪比，优先选用大晶片、低频率探头；次要条件是声束覆盖范围和时间分辨力，需满足检测工艺要求。探头频率选择准则：直通波与底面波的信号时间窗口，需达到20个信号周期。根据工件厚度选型：薄工件分辨力要求高、穿透力要求低，选用大角度、高频率、小晶片探头；厚工件选型与之相反。针对特殊工件的选型要求：粗晶材料选用低频探头，降低散射干扰；大曲率工件选用小尺寸晶片，贴合工件表面。根据检测需求选型：想要提升检测效率、扩大波束覆盖范围，选用低频、小晶片探头；想要提升检测精度与深度分辨力，选用高频、小角度、短脉冲探头。TOFD探头需参数统一：，同组探头的频率、晶片尺寸、折射角必须一致。其中核心要求为：双探头中心频率差值需控制在10%以内。最后做个小结。TOFD探头优先宽频带、短脉冲，直通波宽度在10%波幅不超过2个周期。核心选择逻辑：薄工件：大角度、高频率、小晶片；厚工件：小角度、低频率、大晶片；粗晶材料：低频；大曲率工件：小晶片；要效率：低频、小晶片；要精度：高频、小角度、短脉冲。同一组探头，角度、频率、晶片必须一致，中心频率差≤10%