CN103364492B - 可调节式焊缝探伤导波探头及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节式焊缝探伤导波探头及使用方法，包括发射探头和接收探头上端之间的可拆卸铰链，金属外壳宽度方向底面两侧的条状磁铁，探头长度方向底面两侧的柔性隔声条，耐磨性、柔韧性和透声性都优良的聚胺脂材料做的斜楔。用可拆卸的铰链可以调节发射探头和接收探头两个探头之间的夹角，且使发射探头和接收探头横向并列设置在较宽的焊缝上，或使射探头和接收探头沿焊缝纵向前后设置在较窄的焊缝上，以实现发射探头和接收探头与焊缝的最佳耦合。通过带有柔性的斜楔能使探头与焊缝有更大的耦合面；通过条状磁铁吸附在焊缝上进行耦合及固定，从而得到稳定的杂波少的回波信号。结构简单，操作方便，使用灵活方便，提高了检测的准确度。

Description

可调节式焊缝探伤导波探头及使用方法

技术领域

本发明涉及一种焊缝无损检测的探头，特别涉及一种超声波检测焊缝缺陷的导波探头，属于无损探伤技术领域。

背景技术

焊接是通过高温熔融两块金属材料的连接边缘，使得两块金属材料彼此固定连接成一体的一种金属固定连接工艺。由于各种因素的影响，焊缝处往往会出现裂纹、未溶合、气孔、咬边等焊接缺陷，一些重要的焊接结构件如船舶船体、压力容器、管道和重要设备的承力结构件等如有前述焊接缺陷，则存在着焊缝开裂、结构件失效的重大安全隐患。因此，在焊接结构件制造过程中，必须照有关规范的规定，对焊接形成的对接焊缝进行一定数量的超声或射线检测，以保障产品质量。

超声导波检测是近年来发展起来无损检测新方法，一次扫描即可测量整个厚度范围内包括内部和表面的所有缺陷，并且可同时实现缺陷定位与尺度检测，在很多大型长输结构如管道、铁轨等得到了广泛的应用。

现有的超声检测技术为逐点扫查法，不仅费时费力，而且存在一定的盲区。射线技术广泛用于压力容器焊缝的检测，但是检测准备时间长，危险性大，检测成本高。此外，以上两种方法只能实现离线检测，检测过程包括停工、倒空、清洗、除锈(甚至拆保温)以及检测等工序，存在检测费用高、检测时间长等缺陷。

将超声导波应用于焊缝探伤，必须让导波探头固定在焊缝上，并且让探头和焊缝更好的耦合。现有的超声检测方法只能手持导波探头进行检测，无法将导波探头可靠地固定在焊缝上，影响检测的准确度，也不能较好地适应宽度不同的焊缝探伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构稳定、易于操作、便于调节和拆解，适用于不同宽度焊缝检测的可调节式焊缝探伤导波探头。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种可调节式焊缝探伤导波探头，包括同轴连接器1、阻尼块3、晶片固定条4、金属外壳5、吸声材料6、压电晶片7、斜楔块8、条状磁铁9和柔性隔声条10，所述金属外壳5为长方体形，同轴连接器1固定在金属外壳5上侧，所述条状磁铁9分别固定在在金属外壳5底部宽度方向两侧的第一凹槽51内，所述柔性隔声条10分别粘接在金属外壳5底部长度方向两侧的第二凹槽52内；斜楔块8设置在金属外壳5下部内，压电晶片7设置在斜楔块8的斜面上，阻尼块3位于压电晶片7上侧，阻尼块3和压电晶片7通过两侧的晶片固定条4固定在斜楔块8的斜面上，压电晶片7通过电缆线2与同轴连接器1连接；吸声材料6充填在金属外壳5内，且包容斜楔块8、压电晶片7、晶片固定条4和阻尼块3；斜楔块8的楔角θ范围在30°＜θ＜60°，且金属外壳5的长度S、高度L和晶片长度d应满足：S＞dcosθ，L＜d2sinθ。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述的可调节式焊缝探伤导波探头，其中所述同轴连接器1径向一侧设有可拆卸铰链11，可调节式焊缝探伤导波探头包括发射探头和接收探头，所述发射探头和接收探头通过可拆卸铰链11铰接。

前述的可调节式焊缝探伤导波探头，其中所述斜楔块8采用聚胺脂材料制成。

前述的可调节式焊缝探伤导波探头，其中用于发射探头的压电晶片7采用PZT-8型压电陶瓷晶片材料；用于接收探头的压电晶片7采用PZT-5型压电陶瓷晶片材料。压电晶片7的中心频率为245～255KHz。

前述的可调节式焊缝探伤导波探头，其中所述柔性隔声条10采用离心玻璃棉材料制成；所述可拆卸铰链11为金属或高分子材料制成。

一种可调节式焊缝探伤导波探头的使用方法，发射探头和接收探头有以下两种组合使用方法：

1）通过可拆卸铰链11铰接的发射探头和接收探头可调节夹角地横向并排布置，被检焊缝表面涂有粘性耦合剂，发射探头和接收探头分别通过底部的条状磁铁9横向并排吸附固定在被检焊缝上。

2）发射探头和接收探头纵向前后布置，被检焊缝表面涂有粘性耦合剂，发射探头和接收探头分别通过底部的条状磁铁9纵向前后吸附固定在被检焊缝上；此时发射探头和接收探头之间距离H大于10个导波波长。

前述的可调节式焊缝探伤导波探头的使用方法，其中所述1）中通过可拆卸铰链11铰接的发射探头和接收探头之间的夹角α≤15°。

本发明结构简单，操作方便，使用灵活方便，发射探头和接收探头可分别固定在不同宽度的焊缝上。在金属外壳底部宽度方向两侧设置的条状磁铁，便于将本发明固定在被检焊缝上，提高了探伤的准确性。本发明使用时，通过精确调整并排布置的发射探头和接收探头头部的铰接角度，可实现本发明与较宽焊缝的最佳耦合；两个纵向前后布置的发射探头和接收探头，可实现对较窄焊缝的最佳耦合。采用耐磨性、柔韧性和透声性都比较好的聚胺脂材料制成的斜楔，能使探头与焊缝有更大的耦合面。在探头底面长度方向两端的柔性隔声条能有效减少探头机械磨损且能吸收波形扩散所导致的外部回波，当发射探头和接收探头在使用时发生机械碰撞时，柔性隔声条能缓冲前述两者的机械碰撞从而减少发射探头和接收探头的机械磨损，并且可以将导波始波与回波分离开从而减小检测盲区，提高检测准确度，还可以吸收由于波形扩散所导致的焊缝外部回波。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明:

图1是本发明尚未安装条状磁铁和柔性隔声条的立体图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是发射探头和接收探头头部铰接的结构示意图

图5是实施例1发射探头和接收探头沿焊缝纵向前后布置的示意图；

图6是实施例2发射探头和接收探头沿焊缝横向并排布置的示意图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详述，所举实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1～图6所示，本发明包括同轴连接器1、阻尼块3、晶片固定条4、金属外壳5、吸声材料6、压电晶片7、斜楔块8、条状磁铁9和柔性隔声条10，金属外壳5为长方体形，同轴连接器1固定在金属外壳5上侧，条状磁铁9分别固定在在金属外壳5底部宽度方向两侧的第一凹槽51内，条状磁铁9可以吸附在被检焊缝上，从而使本发明可以固定在被检测焊缝上，扩大本发明底面与焊缝的接触面积且使本发明底面与焊缝均匀接触。柔性隔声条10分别粘接在金属外壳5底部长度方向两侧的第二凹槽52内，柔性隔声条10采用离心玻璃棉材料，以缓冲发射探头和接收探头发生机械碰撞时的机械磨损，并且可以将导波始波与回波分离开从而减小检测盲区，提高检测准确度，还可以吸收由于波形扩散所导致的焊缝外部回波。

斜楔块8设置在金属外壳5下部内，压电晶片7设置在斜楔块8的斜面上，阻尼块3位于压电晶片7上侧，阻尼块3和压电晶片7通过两侧的晶片固定条4固定在斜楔块8的斜面上，压电晶片7通过电缆线2与同轴连接器1连接；吸声材料6充填在金属外壳5内，且包容斜楔块8、压电晶片7、晶片固定条4和阻尼块3。斜楔块8的楔角θ范围在30°＜θ＜60°，且金属外壳5的长度S、高度L和晶片长度d应满足：S＞dcosθ，L＜d2sinθ，这样能使得经过多次反射的声波不返回晶片从而减少杂波。斜楔块8采用耐磨性、柔韧性和透声性均好的聚胺脂材料制成，能使本发明与焊缝有更大的耦合面。

同轴连接器1径向一侧设有可拆卸铰链11，可调节式焊缝探伤导波探头包括发射探头和接收探头，所述发射探头和接收探头通过可拆卸铰链11铰接；可拆卸铰链11为金属或高分子材料制成。

用于发射探头的压电晶片7采用PZT-8型压电陶瓷晶片材料，有着更好的发射功率和发射效率；用于接收探头的压电晶片7采用PZT-5型压电陶瓷晶片材料，有着更好的频带宽度且灵敏度高。压电晶片7的中心频率为250KHz，从频散曲线及实验得出在这个频率下能产生模态单一的横波，减少能量耗散，从而使焊缝中的焊缝特征导波能实现远距离传播。

一种可调节式焊缝探伤导波探头的使用方法，发射探头和接收探头组合有以下两种使用方法：

实施例一：

可拆卸铰链11铰接的发射探头和接收探头可调节夹角地横向并排布置，连接两块金属板材20的被检焊缝21表面涂有粘性耦合剂，发射探头和接收探头分别通过底部的条状磁铁9横向并排吸附固定在被检焊缝上。通过对发射探头和接收探头之间的小于等于15°的夹角α的精确调整，可以实现对较宽焊缝21与发射探头和接收探头的最佳耦合。

实施例二：

发射探头和接收探头纵向前后布置，连接两块金属板材20的被检焊缝21表面涂有粘性耦合剂，两个可调节式焊缝探伤导波探头分别通过底部的条状磁铁9纵向前后吸附固定在被检焊缝21上。这样可以实现对较窄焊缝与本发明的最佳耦合。

Claims (3)

1.一种可调节式焊缝探伤导波探头，包括同轴连接器(1)、阻尼块(3)、晶片固定条(4)、金属外壳(5)、吸声材料(6)、压电晶片(7)、斜楔块(8)、条状磁铁(9)和柔性隔声条(10)，所述金属外壳(5)为长方体形，同轴连接器(1)固定在金属外壳(5)上侧，所述条状磁铁(9)分别固定在在金属外壳(5)底部宽度方向两侧的第一凹槽(51)内，所述柔性隔声条(12)分别粘接在金属外壳(5)底部长度方向两侧的第二凹槽(52)内；斜楔块(9)设置在金属外壳(5)下部内，压电晶片(7)设置在斜楔块(8)的斜面上，阻尼块(3)位于压电晶片(7)上侧，阻尼块(3)和压电晶片(7)通过两侧的晶片固定条(4)固定在斜楔块(8)的斜面上，压电晶片(7)通过电缆线(2)与同轴连接器(1)连接；吸声材料(6)充填在金属外壳(5)内，且包容斜楔块(8)、压电晶片(7)、晶片固定条(4)和阻尼块(3)；斜楔块(8)的楔角θ范围在30°＜θ＜60°，且金属外壳(5)的长度S、高度L和晶片长度d应满足：S＞dcosθ，L＜d2sinθ；其特征在于，所述同轴连接器(1)径向一侧设有可拆卸铰链(11)，可调节式焊缝探伤导波探头包括发射探头和接收探头，所述发射探头和接收探头通过可拆卸铰链(11)铰接；所述可拆卸铰链(11)为金属或高分子材料制成。

2.一种根据权利要求1所述的可调节式焊缝探伤导波探头的使用方法，其特征在于，发射探头和接收探头有以下两种组合使用方法：

1)通过可拆卸铰链(11)铰接的发射探头和接收探头可调节夹角地横向并排布置，被检焊缝表面涂有粘性耦合剂，发射探头和接收探头分别通过底部的条状磁铁(9)横向并排吸附固定在被检焊缝上；

2)发射探头和接收探头纵向前后布置，被检焊缝表面涂有粘性耦合剂，发射探头和接收探头分别通过底部的条状磁铁(9)纵向前后吸附固定在被检焊缝上；此时发射探头和接收探头之间距离H大于10个导波波长。

3.根据权利要求2所述的可调节式焊缝探伤导波探头的使用方法，其特征在于，所述1)中通过可拆卸铰链(11)铰接的发射探头和接收探头之间的夹角α≤15°。