超声波衍射时差法无损检测工艺中探头的选择是十分重要的一环，如何选择最为合适的探头，这篇文章将解答所有的关于这个问题的疑虑。


　　1、探头角度的选择

　　脉冲反射法对探头角度的选择原则：

　　脉冲回波法常用横波探头，波长较短

　　探头角度越大，探测声程越长，衰减也越大，厚工件不能使用大角度探头

　　保证能量和穿透力的情况下，尽量选择角度大一些的探头，利于裂纹缺陷的检出

　　TOFD检测技术

　　裂纹检出与探头角度无关

　　探头角度的选择应考虑：工件厚度、分辨力、深度测量精度、扫查覆盖范围

　　1.1TOFD探头角度与工件厚度的关系

　　按照2/3T法则，检测同样厚度的工件时，探头角度大，PCS也大→声程也长

　　检测深度增加时，声程随探头角度的增加而快速增加，衰减变大

　　规律与常规脉冲回波法一致

 

　　1.2TOFD探头角度与分辨力的关系：

　　TOFD信号测量精度是指测量信号达到时间的准确性，其同时影响缺陷自身高度和缺陷深度。

　　（纵向）分辨力是指能够识别的两个信号到达的时间间隔或其所代表的最小距离

　　分辨力取决于脉冲信号的持续时间，一个脉冲信号包含几个周期，时间分辨力就是这几个周期的时间，距离分辨力就是这段时间超声波传播的距离。

　　对TOFD技术的非平行扫查，要求执行2/3T法则

　　PCS=2S=（4/3）Dtanθ

　　探头角度越小，PCS也越小

　　PCS越小，直通波与底面反射波的时间间隔越大

　　对同一深度、同一自身高度的缺陷：PCS越小，上、下端点的时间间隔也越大

　　PCS越小，沿时间轴的信号分辨力就越高，深度测量的精度也就越高
 

　　直通波与底面波之间的时间间隔Δt计算公式：
 

　　例如：检测厚度40mm工件，探头聚焦深度在2/3T时，直通波与底面波的时间范围如表1所示，从表中可以看出在45°、60°、70°三种折射角度，以45°探头的时间差最大，分辨力最好。

　　表1壁厚40mm探头聚焦深度在2/3T

　　时直通波与底面波的时间范围

 

　　当工件厚度T固定时，随着探头角度增加，探头中心距PCS也增加

　　直通波的声程2S、底面波的声程2L也分别增加

　　但直通波与底面波的时间间隔是减小的

　　随着时间间隔的减小，分辨力是降低的

　　在下面的公式中，D、c是固定的，Δt随s的增加而减少

 

　　1.3TOFD探头角度与扫查覆盖范围

　　波束扩散范围与探头角度、晶片尺寸、频率有关

　　检测大厚度工件时，扫查覆盖范围还与声程有关

　　在上边界角没有达到90°以前，探头的折射角越大，波束扩散范围越大

　　大多数情况下，70°、60°探头比45°探头的声束覆盖范围要大，初次检测时多使用60°~70°探头