耦合剂
在超声检测中，耦合剂的作用是在检测装置和被检工件之间，为声波提供一个低阻抗的传播路径。在MHz级的频率范围下，空气是声波的不良导体。此外空气的声阻抗与固体的声阻抗不同，很薄的空气层会阻止声波在两个固体之间传播。所以液体或油脂常用作检测装置与被检工件之间声能传播的耦合剂。在液浸法检测中，液浸箱中的水（或其它液体）起耦合作用。用于接触法检测，很多种液体，油脂或糊剂都可以使用。耦合剂填充在探头和被检工件表面之间的不规则处，为声波的传播提供了更大的接触面积。耦合剂的声阻抗应与固体的声阻抗相接近，以利于声波传播。
最常用的耦合材料有：水、各种油、甘油胺、石油脂、硅树脂、墙纸糊、以及仪器制造商出售的其它糊状物质。有许多可以传导超声的软橡胶被认为是“干”的耦合介质。因为用手将它们压在工件时，它们能在被检工件和探头之间起到耦合剂的作用。如果施加的压力足够大的话，在两固体之间可以实现理想的声传播。当压力等于1000Psi时，声波在钢件之间传播的非常好，几乎不受表面状况的影响。
选择耦合剂时应考虑以下几点： (1) 成本 (2) 可行性/毒性
(3) 对表面粘性和附着性的要求 (4) 可能与工件发生的化学反应 (5) 检测后对表面清洁的要求
在大多数情况下，水是最便宜且容易得到的耦合剂，水的粘性较差，在易流走的地方，或有电线或其它生产作业妨碍时，不能用作耦合剂。水还容易与大多数金属发生人们不需要的反应。油和油脂的流动性较差，但很难清除。它们的粘性会随温度急剧变化，而且有一些是易燃的。油脂、特别是硅树脂的声衰减太大，很难作为超声波的耦合介质。甘油虽然比油容易清除，但它的粘性常随温度发生快速的变化。此外它成本较高，并容易吸附空气中蒸汽与金属材料发生反应。墙纸糊及某些享有专利的耦合剂具有一些值得关注的特性。比如它们可以调成任何所需的粘稠度，干燥后变成容易清理的薄膜或粉末等，然而快速干燥是它们须解决的一个问题。
必须使用耦合剂是超声波检测技术的一个缺点，这大大限制了它的应用范围。例如在轧制过程中对高温棒材或带材的检测。断续接触或气泡法等具有创造性的方案，通过蒸汽层来耦合声能，在应用领域已经取得了一些成功。
如果不在探头和工件表面之间加入适当的耦合剂，接触法检测就不会得到满
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意的结果。请记住，耦合剂主要起润湿表面和排除两表面之间空气的作用。
对于大多数接触法检测，应该使用耦合薄膜，且在两表面之间的薄膜厚度应保持一致。在一些不能使用液体耦合剂的场合，可以使用橡胶片或塑料片。
可以用作耦合剂的有： ? 轻机油
? SAE-20或SAE-10汽油
? 带有浸润剂（或一般洗涤剂）的水 ? 带有浸润剂的水和甘油 ? 仪器制造商提供的特制耦合剂
耦合剂应该具有如下特性： ? 容易使用
? 不会快速从表面流掉 ? 不能有气泡或固体颗粒 ? 无毒、无腐蚀性
? 声阻抗与被检工件尽量接近 ? 不能影响后续的生产工作
假设你正准备对一垂直表面进行检测，选择哪种耦合剂最合适？
油是一种好的选择。如果垂直检测使用的耦合剂限定为带浸润剂的油或水，则油是最好的选择，而不是水。水虽然能够满足耦合的要求，但很快从垂直表面流掉。所以油是这种检测中最好的选择。油形成一层薄膜附着在表面上，能够保持足够长的时间直至检测完成。
下面的叙述是对还是错？在检测中，被检工件经过精加工，检测表面足够光滑，能够保证探头和检测表面之间具有良好的接触，此时不需要耦合剂也可获得很好的检测效果。
错。不管表面多么光滑，在任何情况下换能器和被检工件之间都需要涂耦合剂，对于光滑的表面，很薄的耦合层就足够了。
耦合剂和超声波能量
使用耦合剂的目的是，在探头和测试表面之间为声波的传播提供路径。 耦合剂必须能够充分湿润换能器和被检工件表面，或者说与两者完全接触。 (1) 耦合剂必须排除换能器与被检工件之间的所有空气，因为空气是超声的
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不良导体。
(2) 耦合剂必须涂满被检表面上的不规则处。
(3) 耦合剂使换能器在所接触的检测表面上易于移动。 (4) 颗粒状耦合必须容易使用，容易清理，且对检测表面无害。
换能器 耦合剂 被检材料 图4-8
剂也有许多优点。
油或混有甘油的水（2份水加1份甘油）是常用的耦合剂。墙纸糊作为耦合粘稠的耦合剂（如油脂和重油）适用于粗糙表面或垂直表面。
也可以使用由超声波探伤设备制造商所提供的特制液体耦合剂和糊状耦合剂。
在液体耦合剂或糊状耦合剂效果不好的情况下，可以使用薄橡胶或橡胶类材料。
在所有情况下，耦合层应尽可能薄。如果耦合剂使用过多，可能起到楔块的作用，使声束的传播方向发生改变。
被检试样的表面可能对声波的传播产生很大的影响。
粗糙表面会产生我们所不需要的影响。比如由于声波指向性的改变而引起缺陷信号和底面回波幅度的降低。
图4-9
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课后测验
1. 最早的天然压电换能元件是用 制作的。
2. 通过切割 晶体两平面中的一个，便可以使用。 3. 向切割晶体提供纵向振动波模， 向切割晶体提
供横向振动波模。
4. 铁电材料通常被称作 陶瓷。
5. 为了改进已有的压电性能，铁电材料应 。 6. 两种常用的铁电材料是 ，和锆钛酸铅。
7. 硫酸锂是一种天然的压电材料，但于 水和易老化。 8. 用于换能器的阻尼材料对换能器使用的效率很重要，高阻尼换能器能 。
A、提供较高的分辨率 C、使振动的时间更长 射。
11. 双晶片换能器用来 。
A、增强声波的穿透力。 C、提高近表面的分辨率 D、减弱声波的穿透力
12. 漆刷式换能器的晶片尺寸非常大，这种类型的换能器对 非常有效。
A、试样近表面小缺陷的定位。
B、缩短检测时间，检测较大面积，以及探测分层缺陷 C、增加检出试样深处小缺陷的灵敏度 D、大铸件和大锻件的液浸法检测。
13. “分辨率”一词指换能器检出微小缺陷的能力。 14. 石英是唯一一种通常用于换能器的非压电材料。 15. 当换能器的频率增加时，声束的传播能力降低。 16. 极化陶瓷换能器认为是很好的超声能量发生器。 17. 石英是一种极化陶瓷换能器的材料。
18. 能够检测表面附近缺陷的换能器认为具有好的分辨能力。 19. 由于尺寸大的换能器更容易脆裂，所以通常用较高的频率。 20. 换能器的频率越高，声束的锥形越小。
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B、损坏晶体材料 D、以上都不对
（ ） （ ）
9. 有机玻璃块的外表面通常做成锯齿状，其目的是消除引起CRT错误显示的反10. 耦合剂在延迟楔块与材料表面之间，用来消除不支持超声波振动的空气。
B、增加换能器的灵敏度和对试样中缺陷的深度进行定位
（ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ）
21. 液浸法检测所使用的换能器的频率范围在2.5MHz到5.0MHz之间。
22. 斜声束探头可以用来产生表面波
23. 球面聚焦透镜通常比柱面透镜的灵敏度更高。
25. 双晶片换能器只能使用纵波模式。
（ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 24. 由于聚焦换能器的穿透力强，所以常用来对焊接钢板进行剪切波探测。
26. 双晶片换能器具有更高灵敏度，因为两个晶片都能接收和发射声能。 （ 27. 声透镜增强了换能器的灵敏度和分辨率，但减少了他们的使用范围。
（ 28. 参考试块应用与被检工件相同的材料制作。
（ 29. 提供尺寸参考和用来检测仪器线性的试块称为面积振幅试块。 （ 30. 先确定斜声束换能器的入射点，再确定换能器的角度 （ 31. IIW试块和小型试块都可以用来检查探测仪器的分辨率。 （
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） ） ） ）
） ）
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