CN101358949B - 一种组合式超声波探头 - Google Patents

Abstract

一种组合式超声波探头，由正向横向探头晶片，正向纵向探头晶片，双晶分层探头，反向纵向探头晶片以及反向横向探头晶片组成。所述的组合式超声波探头还包括进水口和出水口，当与工件耦合时，由于耦合水通过进水口和出水口不断地在组合式超声波探头中流进流出，因此在组合式超声波探头与工件间形成了一层水膜。通过使用所述组合式超声波探头，能够在一次探伤过程中同步完成对工件纵向缺陷、横向缺陷、分层缺陷等各类缺陷的检测。从而提高了探伤效率，有利于大批量工件的生产。

Description

一种组合式超声波探头

技术领域

本发明涉及超声波探伤领域，特别的，涉及一种可同步对纵向缺陷、横向缺陷以及分层缺陷进行超声波检测的组合探头。

背景技术

超声波探头又称作超声波换能器，它是实现电能和声能相互转换的一种器件，并且也是实现超声波检测的关键部件。通常的超声波探头分为纵波直探头和横波斜探头两大类。其中，纵波直探头主要用于检测与金属工件探测面平行的缺陷，如分层、夹杂、缩孔等缺陷；横波斜探头主要用于检测与金属工件探测面有一定夹角的缺陷，如裂纹、折叠等缺陷。

现有技术中，用于手工探伤的探头有：纵波单晶片直挺探头、纵波双晶片直挺探头、纵波多晶片组合探头、横波单晶片斜探头、横波双晶片斜探头、横波多晶片组合探头。虽然探头的种类很多，但是，上述的各种探头只能探测同一种取向的缺陷。由于标准规定要求对每个工件都进行纵波探伤和横波探伤，因此根据现有的探头技术，对工件的探伤需要先用直探头对工件进行纵波探伤，然后再用斜探头对工件进行横波探伤。而这样的探伤方法虽然能够保证探伤质量，但是探伤效率较低，不利于大批量工件的探伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合式超声波探头，该探头能够在一次探伤过程中同步完成对工件纵向缺陷、横向缺陷、分层缺陷等各类缺陷的检测。

本发明的组合式超声波探头在探头的底部设有正向横向探头晶片、正向纵向探头晶片、双晶分层探头、反向纵向探头晶片和反向横向探头晶片，所述各探头晶片和双晶分层探头分别与其对应的电极插口相连。

为了避免检测横向缺陷的横波声束与检测纵向缺陷的横波声束相互之间发生波形干扰，因此，须将正向横向探头晶片和反向横向探头晶片设置在底部的两端，以使声波向两侧传播。另外，在组合式超声波探头中，为防止晶片间的超声波发生内部相互干扰，因此须在各晶片之间都设置有隔声层。

当所述组合式超声波探头与工件耦合时，通过正向横向探头晶片、反向横向探头晶片、正向纵向探头晶片和反向纵向探头晶片对被测工件进行横波探伤。其中正向横向探头晶片与反向横向探头晶片从两相对方向检测工件的横向缺陷，正向纵向探头和反向纵向探头从两相对方向检测工件的纵向缺陷。而双晶分层探头对被测工件进行纵波探伤以检测工件的分层缺陷。

上述用于检测纵向缺陷、横向缺陷的探头晶片的位置设置需要考虑工件中所得到的折射角。最佳的，为了保证工件中得到45°的折射角，将探头晶片与水平面呈27°倾斜。内置于上述双晶分层探头的各晶片其位置设置需要能够保证探测分层缺陷的需求，最佳的，双晶分层探头中的各晶片与水平面呈5°倾斜。

为了使组合式超声波探头能够快速准确的检测到工件的缺陷，采用复合材料来制作探头晶片。更佳的，所述探头晶片复合材料可以由四氧化三铅，二氧化镐，二氧化钛，五氧化二铌，三氧化二锑，碳酸锶等成分组成。

探头晶片通过对上述原料进行烧结、研磨而成形，并在成形后进行极化处理。通过这样的工艺，可以提高压电晶片的压电性能，晶片的均匀度及晶片厚度尺寸的精度。

在探头晶片的上部设有阻尼吸收块，用于向探头晶片发送或接收信号。因此超声波探头的灵敏度、信噪比好坏除了与晶片成分有关外，更与阻尼吸收块的吸声阻尼材料有关。本实用新型中的吸声阻尼材料也为复合材料，更佳的，对于使用上述成分配比而制成的晶片，其吸声阻尼材料由环氧，钨粉，红丹，橡胶，二硫化铜等成分组成。

所述组合式超声波探头还包括耦合水进水口和耦合水出水口，在实际探伤过程中，当探头与工件耦合时，由于耦合水不断地在组合式探头的水腔中流进流出，因而在组合式探头与工件间形成了一层水膜。

由于采用了本发明的技术方案，因而得到了如下有益效果：

1)组合式探头的设计集合了双向检测功能，纵、横向缺陷检测功能和分层缺陷检测功能，一次探伤就可完成多种取向缺陷的检测，与现有探头探伤方式相比，探伤工作效率可提高5倍以上。

2)由于在探伤过程中在工件表面和探头间形成了一层稳定水膜，更有利于超声波信号稳定传播，提高了探伤质量。并且替代了现有人工喷涂机油进行耦合的方式，减轻操作人员的劳动强度，减少了对环境的污染。

附图说明

图1为本发明所述组合式超声波探头实施例的剖视图；

图2为图1中沿B-B的剖视图；

图3为图1中沿C-C的剖视图。

具体实施方式：

如图1所示，一种组合式超声波探头，包括正向横向探头晶片1，正向纵向探头晶片2，双晶分层探头3，反向纵向探头晶片4，反向横向探头5，耦合水进水口6，耦合水出水口7，探头电极插口8。上述的各晶片和双晶分层探头都设置在组合式探头的底部，其中正向横向探头晶片1和反向横向探头晶片5设置在底部的两端，并且在各晶片间设有隔声层9。

所述组合式超声波探头中的四个探头晶片和一个双晶分层探头3都有与其对应的探头电极插口8，各个对应电极插口8通过连接线与超声波探伤仪上对应的输出端相连。所述组合式超声波探头通过超声波探伤仪发送的超声波，检测工件的纵向缺陷，横向缺陷和分层缺陷。

如图1—3所示，所述组合式探头中的各晶片采用复合材料进行制作，在本实施例中，所述各晶片的成分为(重量百分比)：

四氧化三铅45％

二氧化镐21.4％

二氧化钛19.6％

五氧化二铌7.6％

三氧化二锑3％

碳酸锶3.4％

探头晶片通过对上述原料进行烧结、研磨而成形，并在成形后进行高温极化处理，通过这样的工艺，可以提高压电晶片的压电性能，晶片的均匀度及晶片厚度尺寸的精度。

如图2所示，本实施例中的双晶分层探头为纵波双晶探头。为了使双晶分层探头中的各晶片所接受和发送的信号互不干扰，在双晶分层探头的各晶片间也增设了隔声层9。

如图2—图3所示，所述组合式超声波探头中各晶片的上部设置了阻尼吸收块12，其通过与线圈13组合向晶片发送或接收信号。阻尼吸收块所用的吸声阻尼材料也会复合材料，在本实施例中，对于使用上述成分配比而制成的晶片，其阻尼吸收块的吸声阻尼材料成分为(重量百分比)：

环氧65％

钨粉5％

红丹5％

橡胶20％

二硫化铜5％

为了能够保证工件中得到45°的折射角，因此需要将组合式探头中检测纵向缺陷、横向缺陷的探头晶片调整到与水平面呈27°倾斜。为了保证探测分层缺陷的需求，将分层双晶探头中的各晶片调整到与水平面呈5°倾斜。所述的倾斜调整通过分别设置与倾斜角度对应的斜楔10来完成。

所述超声波组合式探头的耦合水进水口6可以将耦合水流入探头的水腔11，而耦合水出水口7可以将水腔11中多余的水排出所述组合式探头。在检测工件时，由于进水口和出水口的作用，所述组合式探头底部的水腔将一直充满耦合水，从而在工件与所述组合式探头间形成了稳定的水膜，使得探头中各晶片的检测更加准确。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (9)

1.一种组合式超声波探头，其特征在于，在探头的底部设有正向横向探头晶片、正向纵向探头晶片、双晶分层探头、反向纵向探头晶片、反向横向探头晶片，其中正向横向探头晶片和反向横向探头晶片设置在底部两端，所述正向横向探头晶片、正向纵向探头晶片、反向纵向探头晶片以及反向横向探头晶片的位置这样设置，以确保工件中得到折射角，所述双晶分层探头的各晶片的位置设置成能够确保探测分层缺陷，并且在各晶片间都设有隔声层；在探头两边还设有耦合水进水口和耦合水出水口；在所述探头晶片的上部设置阻尼块。

2.如权利要求1所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述的双晶分层探头为纵波双晶探头，且其内置的晶片间设有隔声层。

3.如权利要求1-2任一所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述正向横向探头晶片、正向纵向探头晶片、反向纵向探头晶片以及反向横向探头晶片与水平面的夹角为27°，所述双晶分层探头中的各晶片与水平面的夹角为5°。

4.如权利要求3所述的组合式超声波探头，其特征在于，在晶片和双晶分层探头下部设有与晶片倾斜角度相对应的斜楔。

5.如权利要求4所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述探头晶片为复合材料。

6.如权利要求5所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述探头晶片成分为(重量百分比)：

四氧化三铅45％

二氧化镐21.4％

二氧化钛19.6％

五氧化二铌7.6％

三氧化二锑3％

碳酸锶3.4％。

7.如权利要求6所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述探头晶片通过对其原料进行烧结、研磨而成形，并在成形后进行极化处理。 

8.如权利要求7所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述阻尼块使用的吸声阻尼材料为复合材料。

9.如权利要求8所述的组合式超声波探头，其特征在于，所述吸声阻尼材料成分为(重量百分比)：

环氧65％

钨粉5％

红丹5％

橡胶20％

二硫化铜5％。

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