CN202066838U - 检测焊缝的超声双斜探头 - Google Patents

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Abstract

检测焊缝的超声双斜探头，应用于焊接探伤技术领域。在金属外壳的顶盖上有一个斜面，在斜面上对称固定有一个同轴插座A和一个同轴插座B，同轴插座A通过两条导线与压电晶片A连接；其中一条导线上串联有匹配阻抗A；同轴插座B通过导线与压电晶片B连接；其中一条导线上串联有匹配阻抗B；在金属外壳内有隔声层，隔声层将金属外壳内腔分为相互对称的两部分；在隔声层的两侧分别有一块透明合成树脂双斜斜楔；在两个透明合成树脂双斜斜楔的斜面上分别粘贴固定有尺寸大小不同和匹配电阻抗不同的压电晶片。效果是：具有超声检测灵敏度、检测信噪比高的特点，能很好的检测发现焊缝中的裂纹型缺陷，是一种有效实用的焊缝检测双斜探头。

Description

检测焊缝的超声双斜探头
技术领域
本实用新型涉及焊接探伤设备技术领域，特别涉及一种超声波检测设备，是一种发射和接收超声波的检测焊缝的超声双斜探头。
背景技术
超声波是检测板材和管材焊缝缺陷最常用的手段之一。当超声波入射到焊缝后，遇到缺陷，就会产生反射回波，通过接收反射回波从而判断缺陷情况。检测焊缝最常用的检测探头有单晶斜探头或一发一收模式的两个单晶斜探头。通常焊缝引起的缺陷与材料表面有一个角度，当角度越大，越接近90度时，单探头很难接收到缺陷的反射回波，这时可采用一发一收模式的两个探头进行检测，以便能发现缺陷。但发射探头和接收探头之间必须满足适当的几何关系，如果调节不好，则无法接收到回波。
中国专利01253844.2公开了一种“钢管超声波探伤用双向斜探头”，它的晶片至少有两组，固定在三角楔块的两侧，其中一侧为一组晶片，一组晶片与另一组晶片错开排列，两组晶片对工件的入射角相同，两组晶片一端通过导线分别与匹配线圈连接，另一端通过导线分别与两组电极连接。这种双向斜探头一次探伤可以完成对钢管的双向检测，提高了探伤效率。虽然这种探头是采用双晶片，但是这种探头也只是单斜探头，即晶片只在一个方向上倾斜，且只针对钢管管体检测，不针对焊缝检测。
中国专利02279996.6公开了一种“钢管超声波探伤注油式双向斜探头”，该探头由外壳、斜楔块、两组晶片、阻尼吸收块和电极组成。带圆弧斜楔块两侧各装有一组相互错开的晶片。在外壳对应电极的另一侧装有储油盒，储油盒上部装有注油管外接油管，储油盒下部开有喷油嘴，喷油嘴为扁平形。该种探头能将耦合剂(机油)喷涂在钢管表面，保证钢管探伤时探头与钢管有良好的耦合效果。但是这种探头也只是单斜探头，而且也只针对钢管检测，并不针对焊缝检测。
采用超声检测技术检测焊缝时，通常焊缝引起的缺陷与材料表面有一个角度。检测这类缺陷通常需要应用两个或两个以上的超声斜探头，并且这些探头之间必须满足适当的几何关系。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种检测焊缝的超声双斜探头，实现缝缺陷检测时提高信噪比和灵敏度的目的。超声双斜探头利用纵波通过透明合成树脂斜楔折射来产生所需要的超声横波。超声双斜探头使几何关系固定下来，使得在实际的检测操作中可以避免复杂而且困难的几何关系调整；采用不同尺寸的发射和接受晶片使得缺陷检测的信噪比得到提高。同时，利用声场的叠加效应和声电的匹配关系使得检测灵敏度有所提高。
本实用新型采用的技术方案是：检测焊缝的超声双斜探头，主要由透明合成树脂双斜斜楔、压电晶片A、压电晶片B、隔声层、背衬、匹配阻抗A、匹配阻抗B、同轴插座A、同轴插座B和金属外壳组成。在金属外壳的顶盖上有一个斜面，在斜面上对称固定有一个同轴插座A和一个同轴插座B，同轴插座A通过两条导线与压电晶片A连接；其中一条导线上串联有匹配阻抗A；同轴插座B通过导线与压电晶片B连接；其中一条导线上串联有匹配阻抗B。在金属外壳内有隔声层，隔声层将金属外壳内腔分为相互对称的两部分；在隔声层的两侧分别有一块透明合成树脂双斜斜楔，两个透明合成树脂双斜斜楔相互对称；在两个透明合成树脂双斜斜楔的斜面(工作面)上分别粘贴固定有尺寸大小不同和匹配电阻抗不同的压电晶片，所述的压电晶片分为矩形压电晶片A和压电晶片B，其发射超声波的压电晶片电阻抗匹配为高阻抗，接受超声波的压电晶片电阻抗匹配为50欧姆。
所述的两块透明合成树脂双斜斜楔为长方体形，在上平面与一个侧平面之间有一个斜面(工作面)，所述的斜面与上平面的夹角在30～60度之间，即向下倾斜；并且斜面与隔声层的夹角在60～90度(90度对应于没有向内倾斜)之间，即向内倾斜。
压电晶片的材料使用的是高机电耦合系数材料，机电耦合系数大于0.65。采用金属外壳，不仅为了坚固耐用，而且具有电磁屏蔽的作用。
在金属外壳内的并在透明合成树脂双斜斜楔的上部充满吸声填充材料。
所述的隔声层的厚度为1毫米。
在压电晶片A和压电晶片B的上部有背衬，背衬采用的是高声阻抗高阻尼吸声材料，可以是适当配比的钨粉环氧树脂，也可以是适当配比的锡基合金。
双斜探头与超声波探伤仪通过电缆连接。超声波探伤仪的发射电路受触发产生高频窄脉冲，加至双斜探头，激励双斜探头的发射晶片振动，通过斜楔和耦合剂在工件中产生超声波。超声波在工件中传播，遇缺陷或底面发生反射，返回接收晶片，被接收压电晶片转换为电信号，经接收电路放大和检波，加至示波管垂直偏转板上，使电子束发生垂直偏转，在水平扫描线的相应位置上产生缺陷波和底波。根据缺陷波的位置可以确定缺陷的埋藏深度，根据缺陷波的幅度可以估算缺陷当量的大小。
本实用新型的有益效果：本实用新型检测焊缝的超声双斜探头，具有超声检测灵敏度、检测信噪比高的特点，能很好的检测发现焊缝中的裂纹型缺陷，是一种有效实用的焊缝检测双斜探头。双斜探头特点是：设计的透声楔块使特定的几何关系固定下来，使得在实际的检测操作中可以避免复杂而且困难的几何关系调整，利用声场的叠加效应和声电的匹配关系使得检测灵敏度有所提高。发射超声波和接收超声波的压电晶片的匹配电阻抗不同，使得检测信噪比得到提高，发射超声波的压电晶片电阻抗匹配为高阻抗，接收超声波的压电晶片电阻抗匹配为50欧姆。压电晶片的材料使用高机电耦合系数材料，机电耦合系数大于0.65，可保证探头有大的工作带宽。
附图说明
图1是本实用新型检测焊缝的超声双斜探头结构纵剖面示意图。
图2是本实用新型检测焊缝的超声双斜探头结构横剖面示意图。
图3是透明合成树脂双斜斜楔结构图。
图中：1-透明合成树脂双斜斜楔，2-压电晶片A，3-压电晶片B，4-隔声层，5-背衬，6-吸声填充材料，7-匹配阻抗A，8-匹配阻抗B，9-匹配阻抗同轴插座A，10-匹配阻抗同轴插座B，11-金属外壳。
具体实施方式
实施例1：以一个检测焊缝的超声双斜探头为例，对本实用新型作进一步详细说明。
参阅图1。本实用新型检测焊缝的超声双斜探头，双斜探头是主要由透明合成树脂双斜斜楔1、压电晶片A2、压电晶片B3、隔声层4、背衬5、匹配阻抗A7、匹配阻抗B8、同轴插座A9、同轴插座B10和金属外壳11组成。
在金属外壳11的顶盖上有一个斜面，在斜面上对称固定有一个匹配阻抗同轴插座A9和一个匹配阻抗同轴插座B10，匹配阻抗同轴插座A9通过两条导线与压电晶片A2连接，其中一条导线上串联有一个匹配阻抗A7。同轴插座B10通过导线与压电晶片B3连接，其中一条导线上串联有一个匹配阻抗B8。匹配阻抗是手工绕制的线绕电感，电感值在微亨量级，应用示波器监视调整电感值，使探头具有合适的带宽和灵敏度。
在金属外壳11内有一个垂直下平面的隔声层4，隔声层4的厚度为1毫米。隔声层4将金属外壳11内腔分为相互对称的两部分。在隔声层4的两侧分别有一块透明合成树脂双斜斜楔1，两个透明合成树脂双斜斜楔1相互对称。两块透明合成树脂双斜斜楔1为长方体形，在上平面与一个侧平面之间有一个斜面(工作面)，所述的斜面与上平面的夹角是46度22分45秒(或46.379度)，即向下倾斜；并且斜面与隔声层4的夹角是82度，即向内倾斜。
参阅图3。七面体ABCDEFGHIJ是双斜斜楔的一半。平面FGHIJF是双斜斜楔的对称面。双斜斜楔的另一半与七面体ABCDEFGHIJ关于平面FGHIJF为对称。双斜斜楔的关键参数是角度α和角度β。它们决定了剪切波的传播方向。角度α，即角ROP，决定着剪切波的入射角(折射定律，入射角在第I第II临界角之间)。而角度β，即角BOP，决定着声束交汇区域的深度(角度β，越小，声束交汇区域的深度越深)。平面四边形DEFJD是用于粘贴压电晶片的工作面。在角度α和角度β确定后，线段FG的长度决定了前沿距离的长度。平面TQHIJT是凹进的一个槽缝，填充有隔声材料，以隔离两个之间的直达超声波。槽缝总宽度约1毫米，两边各半毫米。
斜面与上平面的夹角由横波的折射角决定，该夹角是附图中的α角；斜面与隔声层4的夹角由检测深度决定，该夹角是图3中的面LOEFL与面LHGFL的夹角，这种描述方法比较直接；对后面的这个状态换一种方式来描述会容易一些，即用‘斜面的垂直面与隔声层4的夹角’来描述，该夹角是附图中的β角。
在两个透明合成树脂双斜斜楔1的斜面(工作面)上分别粘贴固定有一个压电晶片，所述的压电晶片分为压电晶片A2和压电晶片B3，压电晶片A2和压电晶片B3的形状为矩形。
在金属外壳11内的并在透明合成树脂双斜斜楔1的上部充满吸声填充材料6。
在压电晶片A2和压电晶片B3的上部有背衬5，背衬5采用的是钨粉环氧树脂材料，重量比为10∶1。

Claims (6)

1.一种检测焊缝的超声双斜探头，主要由透明合成树脂双斜斜楔(1)、压电晶片A(2)、压电晶片B(3)、隔声层(4)、背衬(5)、匹配阻抗A(7)、匹配阻抗B(8)、同轴插座A(9)、同轴插座B(10)和金属外壳(11)组成；在金属外壳(11)的顶盖上有一个斜面，在斜面上对称固定有一个同轴插座A(9)和一个同轴插座B(10)，同轴插座A(9)通过两条导线与压电晶片A(2)连接；其中一条导线上串联有匹配阻抗A(7)；同轴插座B(10)通过导线与压电晶片B(3)连接；其中一条导线上串联有匹配阻抗B(8)；其特征在于：在金属外壳(11)内有隔声层(4)，隔声层(4)将金属外壳(11)内腔分为相互对称的两部分；在隔声层(4)的两侧分别有一块透明合成树脂双斜斜楔(1)，两个透明合成树脂双斜斜楔(1)相互对称；在两个透明合成树脂双斜斜楔(1)的斜面上分别粘贴固定有尺寸大小不同和匹配电阻抗不同的压电晶片，所述的压电晶片分为矩形压电晶片A(2)和压电晶片B(3)。
2.根据权利要求1所述的检测焊缝的超声双斜探头，其特征是：所述的两块透明合成树脂双斜斜楔(1)为长方体形，在上平面与一个侧平面之间有一个斜面，所述的斜面与上平面的夹角在30～60度之间，向下倾斜；并且斜面与隔声层(4)的夹角在60～90度之间，向内倾斜。
3.根据权利要求1所述的检测焊缝的超声双斜探头，其特征是：压电晶片的材料使用的是高机电耦合系数材料，机电耦合系数大于0.65。
4.根据权利要求1所述的检测焊缝的超声双斜探头，其特征是：在金属外壳(11)内的并在透明合成树脂双斜斜楔(1)的上部充满吸声填充材料(6)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的检测焊缝的超声双斜探头，其特征是：所述的隔声层(4)的厚度为1毫米。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的检测焊缝的超声双斜探头，其特征是：在压电晶片A(2)和压电晶片B(3)的上部有背衬(5)，背衬(5)采用的是高声阻抗高阻尼吸声材料、钨粉环氧树脂或锡基合金。
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